CN105153614A - 一种改性氧化石墨烯/pmma复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，以氨基封端的聚对苯二甲酰对苯二胺低聚物为改性剂，先对氧化石墨烯进行表面改性，再利用水合肼为还原剂对改性后的氧化石墨烯进行还原，得到改性的石墨烯，然后将制备的改性石墨烯溶解在NMP中进行完全剥离，然后将溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量为0.1～0.2wt％。本发明通过的简单的一步聚合得到氨基封端的PPTA聚合物，并直接接枝到氧化石墨烯，得到改性后的石墨烯，改性后的石墨烯在有机溶剂中表现出了良好的分散性，同时PPTA上含有的极性基团以及苯环的结构，使之能与许多聚合物具有良好的相容性。由上述改性的氧化石墨烯制备的复合材料具有良好的机械性能。
Description
技术领域
本申请涉及一种改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯是一种只有一个原子厚度的二维碳膜，是人们迄今发现的唯一一种由单层原子构成的材料，碳膜中碳原子之间由化学键连接成六角网络，由于碳原子之间的化学键由sp2杂化轨道组成，因此石墨烯很顽强，具备可弯折、导电性强、机械强度好、透光性好等其他新材料不具备的优良特性。石墨烯具备非比寻常的导电性能，电阻率很小，电子可以极高效地迁移，这方面性能要比传统的导体和半导体高很多；电子在石墨烯中迁移不存在电子与原子的碰撞，可以大大减少能量损耗；石墨烯具备极好的透光性，但是不透气，可以用来开发新一代保护层材料，并且可以用来开发透明电子产品及可穿戴电子产品。石墨烯产品的制备方法多样，但是存在一些弊端，比如在有机溶剂中的分散性、以及与聚合物之间的相容性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开了一种改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，以氨基封端的聚对苯二甲酰对苯二胺低聚物为改性剂，先对氧化石墨烯进行表面改性，再利用水合肼为还原剂对改性后的氧化石墨烯进行还原，得到改性的石墨烯，然后将制备的改性石墨烯溶解在NMP中进行完全剥离，然后将溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量为0.1～0.2wt％。
优选的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法中，采用溶液共混法将溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中。
优选的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法中，所述氧化石墨烯的制备方法包括：取1～1.5重量份石墨粉作为石墨原料与浓硫酸及2～3重量份高锰酸钾混合均匀，置于密闭反应容器中，于40～80℃水浴加热条件下搅拌反应4～6h，经减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨,将干燥研磨后的产物超声分散于去离子水中，加入盐酸调节PH小于3，加入1～3重量份高锰酸钾于0～10℃搅拌反应4～6h，加入过氧化氢，升温至20～30℃水浴搅拌反应2～4h，于室温下将悬浊液进行离心沉降，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌后进行离心沉降，去除上层清液，取沉降物加入无水乙醇，搅拌后，进行离心沉降，取沉降物无水乙醇洗涤，将沉降物干燥处理，分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯。
优选的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法中，改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法具体包括：将对苯二胺和对苯二甲酰氯分别溶解在NMP中，冷却，然后将对苯二甲酰氯溶液滴加到对苯二胺溶液中进行充分反应聚合，得到氨基封端的PPTA低聚物，将氧化石墨烯分散在水中进行氧化石墨烯水溶液，然后将氧化石墨烯溶液加入到PPTA溶液中，加入DCC作为催化剂，在氮气气氛中反应20～24小时，反应结束后加入水合肼反应3～5小时，产物经洗涤抽滤后干燥处理，获得目标产品。
优选的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法中，所述对苯二胺和对苯二甲酰氯的摩尔比为3:2～4:3。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过的简单的一步聚合得到氨基封端的PPTA聚合物，并直接接枝到氧化石墨烯，得到改性后的石墨烯，改性后的石墨烯在有机溶剂中表现出了良好的分散性，同时PPTA上含有的极性基团以及苯环的结构，使之能与许多聚合物具有良好的相容性。由上述改性的氧化石墨烯制备的复合材料具有良好的机械性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为本实施例中氧化石墨烯和改性石墨烯的XRD衍射图；
图2所示为本实施例中所获得复合材料的光学显微镜图。
具体实施方式
本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
(1)、取1g石墨粉作为石墨原料与10ml浓硫酸及3g份高锰酸钾混合均匀，置于密闭反应容器中，于40℃水浴加热条件下搅拌反应6h，经减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨。将干燥研磨后的产物超声分散于10ml去离子水中，加入盐酸调节PH小于3，加入1g高锰酸钾于0℃搅拌反应4h，加入5ml过氧化氢，升温至20℃水浴搅拌反应2h，于室温下将悬浊液进行离心沉降，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌5min后进行离心沉降，去除上层清液，重复加入去离子水并离心的过程1次，取沉降物加入无水乙醇，搅拌5min后，进行离心沉降，取沉降物重复无水乙醇洗涤1次后，将沉降物干燥处理，分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯。
(2)、将对苯二胺1.5mmol和对苯二甲酰氯1mmol分别溶解在50mlNMP中，冷却至0℃，然后将对苯二甲酰氯溶液滴加到对苯二胺溶液中进行充分反应聚合，得到氨基封端的PPTA低聚物。将氧化石墨烯分散在水中进行氧化石墨烯水溶液，然后将氧化石墨烯溶液加入到PPTA溶液中，加入5mgDCC作为催化剂，在氮气气氛中80℃下反应20小时，反应结束后加入0.1ml水合肼反应3小时，产物经洗涤抽滤后干燥处理，获得目标产品。
(3)、将步骤(2)制备的改性石墨烯溶解在NMP中进行完全剥离，然后通过溶液共混法将溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量为0.2wt％。
图1所示为本实施例中氧化石墨烯和改性石墨烯的XRD衍射图，从图中可以看出石墨烯表面接枝的PPTA能扩大石墨烯的层间距，而层间距的扩大有利于有机溶剂分子插入到石墨烯层间，从而有利于FGS在有机溶剂中的分散。
图2所示为所获得复合材料的光学显微镜图。从图中可以看出，石墨烯均匀的成无序状态分散在聚合物中，形成致密的三维网格结构。
对所获得的复合材料的机械性能进行测试，其模量和强度分别达到1.96Gpa和50.6MPa。
在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (5)
1.一种改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，其特征在于：以氨基封端的聚对苯二甲酰对苯二胺低聚物为改性剂，先对氧化石墨烯进行表面改性，再利用水合肼为还原剂对改性后的氧化石墨烯进行还原，得到改性的石墨烯，然后将制备的改性石墨烯溶解在NMP中进行完全剥离，然后将溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量为0.1～0.2wt％。
2.根据权利要求1所述的改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，其特征在于：采用溶液共混法将溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中。
3.根据权利要求1所述的改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，其特征在于：所述氧化石墨烯的制备方法包括：取1～1.5重量份石墨粉作为石墨原料与浓硫酸及2～3重量份高锰酸钾混合均匀，置于密闭反应容器中，于40～80℃水浴加热条件下搅拌反应4～6h，经减压、抽滤、洗涤后，将过虑物真空干燥、研磨,将干燥研磨后的产物超声分散于去离子水中，加入盐酸调节PH小于3，加入1～3重量份高锰酸钾于0～10℃搅拌反应4～6h，加入过氧化氢，升温至20～30℃水浴搅拌反应2～4h，于室温下将悬浊液进行离心沉降，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌后进行离心沉降，去除上层清液，取沉降物加入无水乙醇，搅拌后，进行离心沉降，取沉降物无水乙醇洗涤，将沉降物干燥处理，分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯。
4.根据权利要求1所述的改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，其特征在于：改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法具体包括：将对苯二胺和对苯二甲酰氯分别溶解在NMP中，冷却，然后将对苯二甲酰氯溶液滴加到对苯二胺溶液中进行充分反应聚合，得到氨基封端的PPTA低聚物，将氧化石墨烯分散在水中进行氧化石墨烯水溶液，然后将氧化石墨烯溶液加入到PPTA溶液中，加入DCC作为催化剂，在氮气气氛中反应20～24小时，反应结束后加入水合肼反应3～5小时，产物经洗涤抽滤后干燥处理，获得目标产品。
5.根据权利要求4所述的改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，其特征在于：所述对苯二胺和对苯二甲酰氯的摩尔比为3:2～4:3。
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