[发明专利]一种石墨烯/木质素高分子复合材料的制备方法

说明书

一种石墨烯/木质素高分子复合材料的制备方法，属于复合材料制备方法技术领域，可解决现有石墨烯/高分子复合材料中石墨烯分散不均匀且石墨烯/高分子基体之间的界面连接弱的问题，本方法利用原位聚合法制备木质素聚己内酯缩聚物/改性氧化石墨烯（Lig‑GO_m）复合薄膜，实现了石墨烯的均匀分散和界面的共价键连接。

技术领域

本发明属于复合材料制备方法技术领域，具体涉及一种石墨烯均匀分散且界面以共价键连接的石墨烯/木质素高分子复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯自发现以来便被认为是世界上强度最高的的材料之一，是高分子复合材料的优良填充物。石墨烯增强复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向，其在能量储存、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出了优良性能, 具有广阔的应用前景。目前在石墨烯增强复合材料制备方面具有两个尚未解决的问题：一是石墨烯在高分子基体中难以均匀分散；二是石墨烯作为填充物和高分子基体之间的界面连接很弱。以上问题严重削弱了石墨烯复合材料的性质和应用范围。因此需要一种可以使石墨烯均匀分散、界面之间以共价键连接的石墨烯/高分子复合材料的合成方法，从而获得性能优良的石墨烯复合材料，推动石墨烯复合材料的应用与发展。

发明内容

本发明针对现有石墨烯/高分子复合材料中石墨烯分散不均匀且石墨烯/高分子基体之间的界面连接弱的问题，提供一种能使石墨烯/高分子复合材料中石墨烯均匀分散且界面以共价键连接的石墨烯/高分子复合材料的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯/木质素高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，25℃下，将氧化石墨烯（GO）超声分散在有机溶剂Ⅰ中，在保护气气氛下，搅拌至均匀分散，再加入4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI），继续搅拌至均匀分散，得到混合溶液Ⅰ；

第二步，将混合溶液Ⅰ真空抽滤，依次用去离子水、二氯甲烷洗涤后，冷冻干燥，得到改性氧化石墨烯（GO_m）；

第三步，将改性氧化石墨烯超声分散至有机溶剂Ⅱ中，离心，去除沉淀物后，得到改性氧化石墨烯分散液，沉淀物干燥后，称重；

第四步，30-90℃条件下，在纸浆黑液中通入CO₂气体30min至纸浆黑液的pH降至9，再继续加入明矾水溶液，至pH降至4，在25℃条件下搅拌至混合均匀，得到混合溶液Ⅱ，将混合溶液Ⅱ过滤得到的沉淀物洗涤后，真空干燥，得到木质素；

第五步，45℃条件下，将木质素加入改性氧化石墨烯分散液中，搅拌30min至溶解，得到混合溶液Ⅲ，混合溶液Ⅲ降至25℃后，再分别加入ε-己内酯（CL）和癸二酰氯（SC），再将三乙胺（TEA）缓慢加入并加热搅拌，得到混合溶液Ⅳ；

第六步，将混合溶液Ⅳ过滤得到的沉淀物洗涤后，真空干燥，得到Lig-GO_m（木质素聚己内酯缩聚物/改性氧化石墨烯）；

第七步，将木质素聚己内酯缩聚物/改性氧化石墨烯超声分散至有机溶剂Ⅲ中，真空抽滤、干燥后，得到石墨烯/木质素高分子复合材料。

第一步中所述保护气为氮气或氩气，保护气气氛下搅拌时间为0.3-3h，有机溶剂Ⅰ包括N'N-二甲基甲酰胺（DMF）、N'N-二甲基乙酰胺（DMAc）和氯仿中的一种或任意混合，浓度范围为0.05-0.5mol/L，加入有机溶剂Ⅰ后的搅拌时间为12-48h，氧化石墨烯和有机溶剂Ⅰ的质量体积比为1g：250mL。

第二步中所述冷冻干燥时间为0.5-5天。

第三步中所述有机溶剂Ⅱ包括丙酮、氯仿和N'N-二甲基甲酰胺中的一种或任意混合，改性氧化石墨烯和有机溶剂Ⅱ的质量体积比为1g：250mL~1g：1250mL，离心转速为1000-5000rpm，离心时间为3-30min。