CN103937146A - 一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将改性石墨烯与聚甲醛按重量比0.0001～1.0:1加入到反应器中，然后于140～220℃搅拌反应0.1～96h，出料，室温晾干后经成型即得。本发明方法可以使石墨烯在聚甲醛基体内分散均匀并提高石墨烯与聚甲醛间的界面结合力，从而提高了聚甲醛复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度及断裂伸长率等性能，可广泛用于汽车、电子电器、机械、精密仪器和建材等领域。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，该种石墨烯改性的聚甲醛材料可以用来制备各种新型的、性能优异的聚甲醛制品，可广泛用于汽车、电子电器、机械、精密仪器和建材等领域。
背景技术
石墨烯是2004年才发现的一种有奇异性能的新型材料，它是由碳原子组成的二维六角点阵结构，具有单一原子层或几个原子层厚度。石墨烯具有高的电、热导率，良好的机械强度等诸多优点，已经在材料与工程领域广泛应用。结构完整的石墨烯是由稳定的苯六元环组成的二维晶体，表面呈惰性，化学稳定性高，并且石墨烯片层之间有较强的范德华力，容易聚集，难溶于其他介质，从而在一定程度上阻碍了石墨烯的进一步研究和应用。
聚甲醛是一种热塑性工程塑料，在较大的温度范围内具有较高的弹性模量、硬度和刚性等机械性能，在很多场合可以替代钢铁、铜、锌、铝等金属材料。我国聚甲醛市场潜力巨大，主要用于汽车、电子电器、机械、精密仪器和建材等领域，这些均是关系国计民生的战略性行业。虽然聚甲醛是一种综合性能优异的热塑性工程塑料，但由于其结晶度高，晶粒大，导致其缺口敏感性大，冲击韧性低，再加上其电绝缘性，极大地限制了聚甲醛在很多领域中应用范围的扩大。
多年来通过共混改性来改善聚甲醛性能的研究非常活跃。但由于聚甲醛是弱极性线型结晶聚合物，既无侧基又无功能性基团，与其它树脂或无机填料相容性差，因此难以通过简单共混方式制备有效的聚甲醛基复合材料。在这种三元甚至更多元复合体系中，填料在聚甲醛中的分散问题以及各组分间界面作用问题一直是阻碍聚甲醛复合材料性能大幅提升的重要因素。普通石墨烯由于其表面无官能团，很难与聚甲醛（POM）进行复合，从而阻碍了石墨烯改性聚甲醛制备高性能复合材料的发展。
发明内容
本发明目的在于提供一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，其可以使石墨烯在聚甲醛基体内分散均匀并提高石墨烯与聚甲醛间的界面结合力，从而提高了聚甲醛复合材料的综合性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将改性石墨烯与聚甲醛按重量比0.0001～1:1（优选0.001～0.01:1）加入到反应器中，然后于140～220℃搅拌反应0.1～96h，出料，室温晾干后经成型即得。
具体的，所述的改性石墨烯优选为氨基化石墨烯或烷氧基化石墨烯；可以使用普通市售产品，或者按照本领域常规技术进行制备。
所述的聚甲醛为均聚甲醛或共聚甲醛，可使用普通市售产品。
所述的反应器可以为密炼机或共混挤出机。
所述的成型工艺具体包括切片、注射、挤出、压制、吹塑或浇铸等。
本发明使用的改性石墨烯表面连有特定官能团，能与聚甲醛分子链产生相互作用，如氨基化的石墨烯可以与聚甲醛发生氢键作用，烷氧基化的石墨烯会因为结构相似而与聚甲醛相容性很好，这些都有助于改善石墨烯与聚甲醛的相容性，使得石墨烯填料与聚甲醛基体的界面结合力大大提高，从而提高了聚甲醛复合材料综合性能。
本发明为克服填料与聚甲醛相容性差的问题，通过在石墨烯表面修饰一些功能基团，合成一系列能够与聚甲醛有效相容的功能化石墨烯，以达到石墨烯在聚甲醛基体内分散均匀并提高石墨烯与聚甲醛间的界面结合力，从而提高聚甲醛复合材料的综合性能。该种石墨烯改性的聚甲醛材料可以用来制备各种新型的、性能优异的聚甲醛制品。和现有技术相比，本发明方法的有益效果：1）通过利用表面含有氨基或烷氧基基团的改性石墨烯作为填料，使得改性石墨烯与POM具有较好的相容性，从而对POM有较好的增韧效果。2）制备工艺简单、快捷，制备所得的改性聚甲醛材料拉伸强度可达到70－90MPa，缺口冲击强度可达到8－13KJ/m2，断裂伸长率为50－65%。尺寸稳定性良好，易于加工成型，可广泛用于汽车、电子电器、机械、精密仪器和建材等领域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
下述各实施例所使用的氨基化石墨烯和烷氧基化石墨烯分别参照文献①、②进行制备，文献信息如下：
①. Enhanced Chemotherapy Efficacy by Sequential Delivery of siRNA and Anticancer Drugs Using PEI-Grafted Graphene Oxide, SMALL, 2011（7）460–464；
②. PEGylated reduced graphene oxide as a superior ssRNA delivery system Journal of Materials, Chemistry B, 2013（1）749–755。
实施例1
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.1g烷氧基化石墨烯与100g均聚甲醛加入到密炼机中，于180℃搅拌反应2h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例2
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.2g烷氧基化石墨烯与100g均聚甲醛加入到密炼机中，于170℃搅拌反应24h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例3
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.4g烷氧基化石墨烯与100g共聚甲醛加入到共混挤出机中，于180℃搅拌反应2h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例4
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.6g烷氧基化石墨烯与100g共聚甲醛加入到共混挤出机中，于150℃搅拌反应0.5h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例5
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.8g烷氧基化石墨烯与100g共聚甲醛加入到共混挤出机中，于150℃搅拌反应96h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例6
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将1g烷氧基化石墨烯与100g共聚甲醛加入到共混挤出机中，于180℃搅拌反应72h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例7
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.1g氨基化石墨烯与100g共聚甲醛加入到共混挤出机中，于180℃搅拌反应24h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例8
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.2g氨基化石墨烯与100g均聚甲醛加入到共混挤出机中，于200℃搅拌反应12h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例9
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.4g氨基化石墨烯与100g均聚甲醛加入到共混挤出机中，于180℃搅拌反应48h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例10
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.6g氨基化石墨烯与100g均聚甲醛加入到共混挤出机中，于220℃搅拌反应12h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例11
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将0.8g氨基化石墨烯与100g均聚甲醛加入到共混挤出机中，于180℃搅拌反应2h，出料，室温晾干后经切片即得。
实施例12
一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，具体为：将1g氨基化石墨烯与100g共聚甲醛加入到共混挤出机中，于200℃搅拌反应10h，出料，室温晾干后经切片即得。
将上述各实施例所得改性聚甲醛复合材料分别进行拉伸强度（参照ISO527 标准进行）、缺口冲击强度（参照ISO179 标准进行）及断裂伸长率（参照ISO527标准进行）性能测试，结果见下表，表中给出了纯聚甲醛的性能测试结果作为对照。由下表可以明显看出，采用本发明方法制备所得的改性聚甲醛复合材料的拉伸强度、缺口冲击强度及断裂伸长率性能明显优于纯聚甲醛。
表1 各实施例所得改性聚甲醛复合材料与纯聚甲醛性能对比
。
Claims (5)
1.一种石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于：将改性石墨烯与聚甲醛按重量比0.0001～1:1加入到反应器中，然后于140～220℃搅拌反应0.1～96h，出料，室温晾干后经成型即得。
2.如权利要求1所述的石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于：所述的改性石墨烯为氨基化石墨烯或烷氧基化石墨烯。
3.如权利要求1所述的石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于：所述的聚甲醛为均聚甲醛或共聚甲醛。
4.如权利要求1所述的石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于：所述的反应器为密炼机或共混挤出机。
5.如权利要求1所述石墨烯改性聚甲醛复合材料的制备方法，其特征在于：所述的成型工艺为切片、注射、挤出、压制、吹塑或浇铸。
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