[发明专利]一种对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸的制备方法

说明书

本发明涉及一种对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸的制备方法，属于高分子材料技术领域。本方法首先利用不添加表面活性剂的聚合一步法制备对位芳纶纳米纤维水分散液，利用对位芳纶纳米纤维和氧化石墨烯在水中均有很好分散性的特性，将两种分散液按比例均匀混合，然后利用传统抄纸方法制备成对位芳纶/氧化石墨烯复合纸；然后再利用湿法或干法将氧化石墨烯还原，得到对位芳纶/石墨烯复合纸。本方法与已有技术相比，除了可以连续规模化生产对位芳纶与石墨烯/氧化石墨烯复合纸外，得到的复合纸性能优异，相应的生产环境友好、成本低廉、工艺简单。

技术领域

本发明涉及一种对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸的制备方法，属于高分子材料技术领域。

背景技术

对位芳纶作为高性能纤维的代表，具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀、膨胀系数低等一系列优异性能，广泛应用于军事、航空航天、机电、建筑等领域。对位芳纶纸因其质轻、耐高温、力学性能优异以及绝缘性好等优点，已作为结构材料及高性能绝缘材料应用于交通电力、通讯、国防及航空航天等领域。石墨烯(rGO)是目前已知最薄的、也是最结实的材料，具有高强度、低电阻率、高导热性等优异特性。氧化石墨烯(GO)不仅力学性能优异，而且具有很好的阻燃特性，二者目前都受到了全世界的广泛关注和深入研究。如果能够将氧化石墨烯/石墨烯与对位芳纶纸复合起来，优势互补，则可以得到力学性能、导电导热性能优异的纸质材料，在电磁屏蔽、高灵敏传感器等许多领域会得到广泛应用。目前已有将对位芳纶与石墨烯复合多孔膜用于锂离子电池隔膜的报道。

然而，制备对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸在技术上还面临巨大的挑战。首先，对位芳纶是极难溶解的聚合物，只能在浓硫酸等少数介质中溶解，其纤维在大多数介质中分散性也很差。因此即使制备对位芳纶纸本身也不是一件容易的事。石墨烯的分散性也是一个问题。通过氧化可以得到单层或薄层氧化石墨烯，但是均匀分散也需要特殊介质辅助。因此，至今并没有很好的尤其是适于大规模生产的对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合技术的报道。ZL201310094818.X报道了一种制备对位芳纶和石墨烯复合薄膜的方法：用化学反应将对位芳纶纤维劈裂成纳米纤维，然后和氧化石墨烯一起反应并抄制成膜，最后利用氢碘酸还原石墨烯得到复合薄膜。该方法得到的薄膜性能优异，但是不是一个可以大规模应用的方法。首先，化学法制备纳米纤维本身就存在反应时间长，制备效率低的问题；氧化石墨烯和芳纶纳米纤维需要在有机介质中反应复合，后续的有机介质回收是一个问题；最终得到的薄膜长期使用性能稳定性有隐患，因为化学法制备的对位芳纶纳米纤维并不是一个稳定的化学状态。

聚合法制备对位芳纶纳米纤维是一个可用于大规模生产的方法。ZL201510624460.6利用表面活性剂作为阻隔剂在聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)分子链生长过程中，控制PPTA分子聚集程度，最终形成稳定的PPTA纳米纤维。表面活性剂的加入可以有效控制PPTA纳米纤维的直径，但是存在后续难以清洗干净，降低了PPTA热稳定性的风险，尤其是聚乙烯醇单甲醚(mPEG)还可以和PPTA反应，更是难以将其彻底去除。

发明内容

本发明的目的是提出一种对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸的制备方法，旨在克服现有技术缺陷，以使对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸能够大规模连续化生产。利用不添加表面活性剂的聚合法制备对位芳纶纳米纤维(以下简称ANF)，然后利用ANF和氧化石墨烯(以下简称GO)在水中均有很好分散性的特性，将二者在水中混合均匀，最后利用传统抄纸方法抄制成纸质材料。再利用湿法或干法将氧化石墨烯还原成石墨烯(以下简称rGO)，以得到力学性能、导热导电性能优异的复合纸质材料。

本发明提出的对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸的制备方法，包括以下步骤：

本发明方法提出的对位芳纶与氧化石墨烯/石墨烯复合纸的制备方法，包括以下步骤：

(1)对位芳纶纳米纤维水分散液的制备：