[发明专利]一种石墨烯/水溶性聚合物复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯/水溶性聚合物复合材料及其制备方法，所述复合材料包括：占复合材料总质量20～90wt％的石墨烯；占复合材料总质量0.4～70wt％的修饰剂；复合材料的其余部分为水溶性聚合物；所述修饰剂含有芳香环共轭结构且包覆在石墨烯的表面。所述制备方法将含有芳香环共轭结构和亲水基团的修饰剂溶于去离子水中，再加入石墨烯混合得到表面修饰的石墨烯水分散液；之后将分散液和水溶性聚合物的水溶液混合得到膜液，膜液涂覆后经交联制得自支撑石墨烯/水溶性聚合物复合膜材。本发明提供的修饰剂与石墨烯混合，在未破坏石墨烯化学结构的前提下提高了石墨烯在水中的分散性能，使制得的复合膜材具有较好的导热性能，交联处理进一步提高了复合膜材的力学性能。

技术领域

本发明属于高分子技术领域，具体地说，涉及一种石墨烯/水溶性聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的发展，高功率密度电子器件和高端电子工业器件的内部结构越来越复杂，组装愈来愈密集化，散热问题逐渐突出。据报道，电子器件运行时温度每上升5℃，其使用寿命将缩短10％，温度每增加10℃，可靠性将下降50％，这严重限制了电子器件向小型化和功能集成化方向的发展。

石墨烯具有质量轻、热导率高、耐腐蚀性强等特点，避免了传统金属导热材料密度大，热膨胀系数高，材料不纯导致的热导率大幅下降的缺点，成为目前重要的导热材料之一。与此同时，石墨烯膜的成功开发为解决高功率电子器件散热问题提供了有效途径。高导热石墨烯膜如果取代传统金属材料应用在上述需要散热的器件上，不仅有利于电子器件向小型化、微型化和高功率密度化方向发展，而且可以有效地减轻器件的重量，增加有效载荷，尤其在高端电子器件设备使用时，可高效散热、提高安全性、延长使用寿命。

目前制备的石墨烯膜往往需要经过高温石墨化处理，虽然热导率较高，但是力学性能较差，自支撑困难，在某些需要柔性的导热领域，石墨烯膜无法满足使用要求，这使其使用范围严重受限。因此，如何在保持高导热的同时，同时提高力学性能是本领域技术人员亟待解决的一个技术问题。

申请号为201811309101.1的中国专利公开了一种氧化石墨烯/聚乙烯醇复合涂层的制备方法，其制备方法是将氧化石墨烯加入到去离子水中，用碱将体系的pH调至8.0～14.0，搅拌超声使氧化石墨烯充分的分散，形成单层分散的氧化石墨烯剥离液，再加入聚乙烯醇溶液、交联剂、酸性催化剂混合均匀，得到氧化石墨烯/聚乙烯醇混合液，将混合液涂布在有机高分子的基膜上，经烘干-固化等过程，可在基膜表面形成一层氧化石墨烯/聚乙烯醇复合涂层材料。虽然氧化石墨烯保持了一定的力学性能，但其导热性能较差，无法满足针对电子产品的散热能力。

申请号为201510789959.2的中国专利公开了一种制备改性石墨烯/聚乙烯醇复合薄膜的方法，本发明的改性剂选用7-氨基-4-甲基香豆素，本发明选用水合肼、维生素C或葡萄糖等化学还原剂；先制备改性石墨烯，再配制改性石墨烯的分散液，然后将改性石墨烯的分散液加入到聚乙烯醇水溶液中，得到分散均匀的改性石墨烯-聚乙烯醇混合溶液；最后将上述混合溶液倒入器皿中，在大气或者真空环境下，于40-70℃干燥至恒重，得到改性石墨烯/聚乙烯醇复合薄膜。其中，改性石墨烯的质量分数为0.1％-10％。该方案虽然通过改性剂提高了石墨烯在水和有机试剂中的的分散性，但并未解决薄膜力学性能较差的问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种石墨烯/水溶性聚合物复合材料及其制备方法，其中使用具有芳香环共轭结构的修饰剂对石墨烯表面进行修饰，在不改变石墨烯化学的结构的前提下，提高其在水分散液中的分散性，使得复合后的膜材具有良好的力学性能和导热性能。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明提供了一种石墨烯/水溶性聚合物复合材料，所述复合材料包括：

占复合材料总质量20～90wt％的石墨烯；