[发明专利]一种石墨烯聚氯乙烯树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯聚氯乙烯树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先利用石墨合成氧化石墨，由氧化石墨制备分散稳定的氧化石墨烯溶液；然后氧化石墨烯溶液与赖氨酸铜反应，之后加入硼氢化钠进行初步还原，经磺化反应和水合肼还原，最后去除体系中多余的铜，经过滤、水洗，干燥即得到功能化石墨烯；将所得功能化石墨烯溶于丙酮中，超声处理后加入分散剂、引发剂以及表面活性剂，氮气保护，搅拌混合，加入氯乙烯单体，磁力搅拌并进行反应，反应结束后将产物浇入模具中固化成型。本发明提出的制备过程科学合理，通过石墨烯的功能化有效地提高了其分散性，进而提升了石墨烯与高分子树脂的复合性能，增强了材料的拉伸强度以及抗冲击性能。

技术领域

本发明涉及石墨烯材料技术领域，尤其是一种石墨烯聚氯乙烯树脂复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由扁平单层碳原子组成的二维蜂窝状晶格紧密堆积而成，被认为是其他各维炭材料的基本组成单位，可以包覆成零维的富勒烯，卷曲成一维碳纳米管和堆垛成三维的石墨。石墨烯因其特殊的结构而拥有优异的力学性能，成为了物理、化学、生物、材料等多个领域的研究热点。由于石墨烯具有诸多的优点，因此，被广泛地用作无机填料填充于聚合物当中，从而获得性能优异的复合材料。据高登征等人研究证明，石墨烯的较大的比表面积、加上石墨烯分子级的分散，可与其他聚合物形成较强的界面作用，石墨烯混杂树脂可使拉伸强度提高17％，抗冲击强度提升25％，拉伸模量提升48％。但是石墨烯与树脂形成的复合材料对树脂的综合性能均有很大的改善，此外，石墨烯改性树脂还能赋予材料新的功能，拓展材料的应用领域；但是石墨烯与树脂混合的过程中，石墨烯片层很容易发生团聚，很容易再次堆积形成石墨，因此，需要对石墨烯进行表面处理，而石墨烯不含有任何活性基团，其表面呈惰性，对其改性存在困难，因此，为改善石墨烯在高分子树脂中的分散性，如何在石墨烯表面引入不同的功能化基团是至今当今许多相关科研工作者的研究热点。

发明内容

为了克服现有技术中所述的上述问题，提高石墨烯在树脂中的分散性，进一步提高材料的拉伸强度和抗冲击强度，本发明提出了一种石墨烯聚氯乙烯树脂复合材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯聚氯乙烯树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，氧化石墨的制备：(1)量取115～120ml的质量分数98％的浓硫酸加入烧杯中，在冰水浴中冷却；在机械搅拌下，加入5g鳞片石墨和2.5g硝酸钠，之后在40～60min内缓慢加入15g高猛酸钾，悬浮液由黑色变为墨绿色，保持体系温度在5℃以下，继续反应30～60min；(2)将反应体系移至30～40℃的温水浴中继续反应1h；(3)缓慢加入200ml蒸馏水，同时将水浴温度升至98℃，反应30～40min；(4)向悬浮液中加入质量分数30％的过氧化氢以去除未参加反应的高猛酸钾，热滤，除去大部分强酸，所得滤饼使用配制的5％的稀盐酸充分洗涤，最后用去离子水将其洗涤至中性，并用氯化钡检测滤液中是否还存在硫酸根，直至滤液中不在出现白色沉淀，将产物置于60～70℃的真空干燥烘箱内干燥24h，即得到氧化石墨；

步骤二，氧化石墨烯溶液的制备：取步骤一所得氧化石墨0.4g加入到锥形瓶中，加入400ml去离子水，配制成1mg/ml的悬浮液；在机械搅拌中利用超声清洗器超声分散2～3h，得到分散稳定的氧化石墨烯溶液；

步骤三，功能化石墨烯的制备：(1)在氧化石墨烯溶液中加入赖氨酸铜，搅拌均匀，调节溶液的pH值为9～10，在80℃油浴锅中进行回流反应24h，加入硼氢化钠还原1～2h，再加入氯磺酸进行磺化反应1～2h，之后加入水合肼还原2～3h，其中，氧化石墨、赖氨酸铜、硼氢化钠、氯磺酸以及水合肼的质量比为1：4～6：10：2～3：1～1.5；(2)加入乙二胺四乙酸二钠除去体系中多余的铜，经过多次过滤、水洗，干燥即得到功能化的石墨烯，其中乙二胺四乙酸二钠与步骤(1)所得物的质量比为3～4：1；