[发明专利]石墨烯改性聚酰胺复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性聚酰胺复合材料及其制备方法。该制备方法包括如下步骤：(1)将脂肪族共聚单体和氧化石墨烯反应，得到预聚体；(2)将包括预聚体、脂肪族二元胺、芳香族二元酸、催化剂、抗氧剂和润滑剂的原料反应，得到石墨烯改性聚酰胺复合材料。该制备方法能够提高石墨烯改性聚酰胺复合材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯改性聚酰胺复合材料及其制备方法，特别涉及一种石墨烯改性半芳香聚酰胺复合材料及其制备方法。

背景技术

聚酰胺分子结构中含有大量的酰胺键，能够形成氢键，具有良好的结晶性和力学性能，被广泛应用于汽车、航天、电器、机械等领域。但是，聚酰胺材料的耐热性能较差，现有技术中通过引入刚性芳香环制成半芳香聚酰胺，以提高聚酰胺的耐热性能。目前，为了拓展半芳香聚酰胺的应用市场，利用纳米材料对其进行共混改性是简单有效的途径之一，但是纳米粒子易于团聚，分散性差，且与聚酰胺的相容性不好。

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种石墨烯改性聚酰胺复合材料的制备方法，该方法能够提高石墨烯改性聚酰胺复合材料的力学性能。本发明的另一个目的在于提供一种石墨烯改性聚酰胺复合材料，该石墨烯改性聚酰胺复合材料具有优异的力学性能。

一方面，本发明提供了一种石墨烯改性聚酰胺复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将脂肪族共聚单体和氧化石墨烯反应，得到预聚体；

其中，所述脂肪族共聚单体选自己内酰胺、6-氨基己酸、9-氨基壬酸、11-氨基十一酸、月桂内酰胺、尼龙56盐、尼龙66盐中的一种或多种；

(2)将包括预聚体、脂肪族二元胺、芳香族二元酸、催化剂、抗氧剂和润滑剂的原料反应，得到石墨烯改性聚酰胺复合材料；

其中，所述脂肪族二元胺选自戊二胺、己二胺、壬二胺、癸二胺、十二烷二胺中的一种或多种，所述芳香族二元酸选自对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二甲酸中的一种或多种。

在一次投料原位聚合制备石墨烯改性聚酰胺复合材料的方法中，由于苯环的共轭效应与位阻效应，以及石墨烯片层的位阻效应，使分子链原位增长十分困难，导致石墨烯片上聚酰胺链长度较短，大部分单体绕开石墨烯聚合生成长链聚酰胺，而且石墨烯表面复杂的羟基、羧基基团起到一定阻聚作用。因此，一次投料原位聚合制备石墨烯改性聚酰胺复合材料的方法难以获得分子量高、分子量分布较窄的聚酰胺-石墨烯，这不利于提高其力学性能。

本发明先将脂肪族尼龙单体与氧化石墨烯进行预聚，脂肪族尼龙单体位阻小、聚合活性高，能够在石墨烯片层上形成较长的尼龙链，增加活性末端与石墨烯片层的距离，减弱石墨烯片层对聚合活性的影响，同时也降低了脂肪族尼龙链段的聚合活性，使其与半芳香聚酰胺链增长速率更接近，并且能够有效防止石墨烯片层在后续聚合中再次团聚。然后再与芳香族二元酸、脂肪族二元胺共聚，从而获得共聚链段分布均匀、石墨烯片层上聚合物链段长、性能更加优异的石墨烯改性聚酰胺复合材料。

在本发明中，脂肪族共聚单体优选地选自己内酰胺、尼龙56盐、尼龙66盐中的一种或多种；更优选地为己内酰胺。

根据本发明的制备方法，优选地，所述脂肪族共聚单体的用量为65～150重量份，所述氧化石墨烯的用量为0.1～5重量份。

在本发明中，脂肪族共聚单体的用量优选为70～120重量份；更优选为72～90重量份。氧化石墨烯的用量优选为0.5～4重量份；更优选为0.8～1.5重量份。这样的脂肪族共聚单体和氧化石墨烯的用量比能够提高石墨烯改性聚酰胺复合材料的力学性能。

根据本发明的制备方法，优选地，所述氧化石墨烯以氧化石墨烯分散液的形式使用，所述氧化石墨烯分散液中氧化石墨烯的浓度为0.5～5wt％。