CN105924767A - 聚丙烯-石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及聚丙烯-石墨烯复合材料以及其制备方法。并且具体地，涉及更均匀地将氧化石墨烯分散入聚丙烯聚合物基质中而没有氧化石墨烯聚集的聚丙烯-石墨烯复合材料，从而获得，即使当加入少量氧化石墨烯时，也会增强复合材料的机械性能的效果，该氧化石墨烯是在制备复合材料中，通过将氧化石墨烯混合至聚丙烯聚合物基质，使用胺烷基三烷氧基硅烷活化氧化石墨烯的表面，然后制备通过与马来酸酐-接枝聚丙烯的酰胺键亲有机物化的氧化石墨烯母料粉末，并混合氧化石墨烯母料粉末而加入的，以及制备该聚丙烯-石墨烯复合材料的方法。

Description

聚丙烯-石墨烯复合材料及其制备方法
技术领域
本公开涉及聚丙烯-石墨烯复合材料以及其制备方法。更具体地，其涉及氧化石墨烯(graphene oxide)更均匀的分散入聚丙烯聚合物基质中而没有氧化石墨烯的聚集(aggregation)的聚丙烯-石墨烯复合材料，并且通过，在由将氧化石墨烯混合至聚丙烯聚合物基质制备该复合材料中，使用胺烷基三烷氧基硅烷(aminoalkyl trialkoxysilane)活化氧化石墨烯的表面，然后制备通过与马来酸酐-接枝聚丙烯键合的酰胺亲有机物化的(organophilized)氧化石墨烯母料粉末，并混合氧化石墨烯母料粉末，从而获得即使加入少量的氧化石墨烯时，增强复合材料的机械性能的效果，以及其制备方法。
背景技术
聚丙烯具有较小的比重，具有比聚乙烯更优秀的透明度和拉伸强度，尤其是具有独特的耐重复弯曲的折弯(hinge)特性，并且因此应经被高度支持作为替换车辆部件的塑料材料。此外，聚丙烯具有优秀的高刚性、耐冲击性、透明度和高流动性，并且因此，已不仅被广泛地用于汽车工业，并且还用作家用电器、一次性注射器、透明容器、清洁无纺织物，包装膜等的原材料。
当将聚丙烯作为，其中加入了诸如玻璃纤维的无机增强材料的复合材料制备时，存在可以加强相比工程塑料相对较低的物理性能且价格低的优势。最近，已经在积极进行关于使用碳材料(诸如富勒烯、碳纳米管、纳米石墨纤维和石墨烯)的聚丙烯纳米复合材料的研究，并且对具有导电性和导热性以及增加的机械性能的增强材料的兴趣趋于上升。然而，聚丙烯在化学结构上是非极性材料并且因而会由于碳材料的低分散性而聚集，导致使得复合材料的物理性能变弱的问题。鉴于上述，需要开发最大化碳材料的分散性，并且即使在使用少量碳材料时，能够更加增强机械性能的新型聚丙烯复合材料。
现有技术关于聚丙烯纳米复合材料的发明如下。
专利文献1公开了将通过使用醇的表面改性而存在许多羟基的石墨烯(G-OH)混合至聚丙烯聚合物(PP)基质的纳米复合材料。专利文献2公开了将其中通过酸处理引入羧基的多壁碳纳米管(MWCNT-COOH)混合至马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)基质的纳米复合材料。专利文献3公开了通过将其中将碳纳米管和/或石墨烯的碳纳米体(nanobody)分散入液体介质中的母料混悬液混合至聚丙烯聚合物(PP)基质制备的纳米复合材料。专利文献4公开了聚丙烯类树脂组合物，包括马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)、使用烷基铵有机化的粘土，以及聚丙烯和聚乙烯的混合树脂中的阻燃剂。
在专利文献4中，将马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)作为增容剂使用，以将有机化的粘土均匀低分散入聚丙烯聚合物(PP)基质。
【现有技术文献】
【专利文献】
(专利文献1)韩国专利申请公开号10-2013-0031629“Method forreforming of graphene and method for manufacturing nanocomposite materialsusing the same”。
(专利文献2)韩国专利申请公开号10-2011-0016298“Polypropylene-graft-maleic anhydride/carbon nanotube nanocompositeswith excellent thermal stability and electrical conductivity”。
(专利文献3)韩国专利申请公开号10-2011-0087456“Effectivedispersion of carbon nano material to generate electrically high performancepolymer”。
(专利文献4)韩国专利号10-0745144“Polypropylene resin compositewith improved mechanical and fire retardant properties and cable usingthereof”。
在本背景技术部分中所公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，并且因此背景技术部分可包含并不形成在此国家中本领域普通技术人员所已知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述，本发明的发明人已经尝试制备，即使将少量的碳材料混合至聚丙烯聚合物基质时，能够获得足够的物理性能增强效果的新型聚丙烯-石墨烯复合材料。结果是，本发明的发明人已经开发了制备氧化石墨烯母料(graphene oxide master batch)的技术，其中通过胺烷基三烷氧基硅烷的化学键合将氧化石墨烯(GO)的表面改性，并且然后将马来酸酐-接枝聚丙烯(maleic anhydride-grafted polypropylene)(MA-g-PP)通过酰胺键连接至胺基端基，并且然后将该母料混合至聚丙烯聚合物基质，并且完成本发明。换言之，本发明的发明人已经确定，当制备氧化石墨烯母料并按照本发明中提出的混合时，可以避免氧化石墨烯颗粒的聚集，并且通过形成至氧化石墨烯的化学键合的马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)的官能团，氧化石墨烯可以更加均匀地分散入聚丙烯聚合物基体中，并且完成本发明。
因此，本发明的目的是，通过使用由表面改性和亲有机物化制备的氧化石墨烯母料，提供即使混合少量的氧化石墨烯(GO)时，也具有优秀机械性能，诸如长度模量(length modulus)、强度和韧性的聚丙烯-石墨烯复合材料。
此外，本发明的另一个目的是提供制备氧化石墨烯母料的方法。
此外，本发明的又一个目的是提供，使用氧化石墨烯母料制备聚丙烯-石墨烯复合材料的方法。
在一个方面中，本发明提供聚丙烯复合材料，包括聚丙烯聚合物基质；以及通过将使用胺烷基三烷氧基硅烷表面改性的氧化石墨烯与马来酸酐-接枝聚丙烯反应制备的亲有机物化的氧化石墨烯母料。
在另一方面中，本发明提供制备氧化石墨烯母料的方法，包括(i)通过使用超声波处理氧化石墨烯(GO)来活化氧化石墨烯的表面；(ii)通过将表面活化的氧化石墨烯与胺烷基三烷氧基硅烷反应，制备表面改性的氧化石墨烯；(iii)通过在使用超声波处理表面改性的氧化石墨烯之后，将表面改性的氧化石墨烯与马来酸酐-接枝聚丙烯反应，制备亲有机物化的氧化石墨烯母料。
在又一方面中，本发明提供制备聚丙烯-石墨烯复合材料的方法，包括(i)通过使用超声波处理氧化石墨烯(GO)来活化氧化石墨烯的表面；(ii)通过将表面活化的氧化石墨烯与胺烷基三烷氧基硅烷反应，制备表面改性的氧化石墨烯；(iii)通过在使用超声波在溶剂中处理表面改性的氧化石墨烯之后，将表面改性的氧化石墨烯与马来酸酐-接枝聚丙烯反应，制备亲有机物化的氧化石墨烯母料以及(iv)通过将聚丙烯聚合物基质与氧化石墨烯母料混合，制备聚丙烯-石墨烯复合材料。
下文讨论了本发明的其它方面和优选的实施方式。
应理解的是，术语本发明的实施方式在下文讨论。
附图说明
现在将参照附图中所示的本发明的某些示例性实施方式来详细描述本发明的上述及其他特征，在下文中，附图仅通过说明的方式给出，并且因此并非限制本发明，并且其中：
图1示出了识别每个制备氧化石墨烯母料的制备工序中的化学键合的IR光谱：(A)是用作原料的氧化石墨烯(GO)的IR光谱；(B)是使用胺烷基三烷氧基硅烷表面改性的氧化石墨烯的IR光谱；并且(C)是通过将马来酸酐-接枝聚丙烯与表面改性氧化石墨烯的胺基端基反应亲有机物化的氧化石墨烯母料粉末的IR光谱。
图2是使用(a)实施例1和(b)比较例4中制备的聚丙烯-石墨烯复合材料模制成膜的样品的电子显微照片。
应当理解，附图不一定按比例绘制，其示出说明本发明的基本原理的各种优选特征的略微简化的表示。在本文中公开的本发明的特定设计特征(例如，包括特定的尺寸、方向、位置以及形状)部分由特定的预期应用和使用环境决定。
图中，附图标号指的是所有几个附图的本发明的相同或等同部分。
具体实施方式
下文将详细参考本发明的各种实施方式，其中其实施例在附图中阐释且在下面描述。虽然将结合示例性实施方式描述本发明，但应当理解，本说明书并不旨在将本发明局限于这些示例性实施方式。相反地，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且还涵盖各种替代、改变、等同物和其它实施方式，它们可以包含在由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内。
本发明涉及，其中将特定的氧化石墨烯母料混合至聚丙烯聚合物基质的聚丙烯/石墨烯复合材料，其制备方法，以及制备该特定氧化石墨烯母料的方法。
具体地，在将氧化石墨烯(GO)混合至聚丙烯聚合物基质中，本发明通过该氧化石墨烯(GO)的表面改性和亲有机物化，制备氧化石墨烯母料，并混合该氧化石墨烯母料。
用于本发明的氧化石墨烯母料可以以粉末态制备。当混合至聚丙烯聚合物基质时，粉末态的氧化石墨烯母料具有容易实现均匀分散的优点。
在制备本发明中的聚丙烯-石墨烯复合材料中使用的氧化石墨烯母料可以由以下化学式1表示。
[化学式1]
在化学式1中，n是1至10的整数(即1、2、3、4、5、6、7、8、9，或10)，优选为1至6的整数。虚线表示来自化学式2的R1和R3部分。
如通过化学式1表示的，在本发明的氧化石墨烯母料中，胺烷基三烷氧基硅烷(AATA-Si)的表面改性部分以及马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)的亲有机物化部分以彼此的化学键合存在于氧化石墨烯(GO)颗粒的表面上。
为了将粘土分散聚丙烯聚合物基质，已经尝试使用烷基铵化合物改性粘土表面，并将马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)作为增容剂混合在其中，因而将粘土颗粒均匀地分散入聚丙烯聚合物基质中的技术。然而，至今尚未确立分别制备具有化学式1的结构的氧化石墨烯母料并将该母料混合至聚丙烯聚合物基质的技术，且本发明首次提出该技术。本发明制备具有化学式1的结构的氧化石墨烯作为母料，并将该母料混合至聚丙烯聚合物基质，并且结果是，抑制了氧化石墨烯的聚集(其是现有的将氧化石墨烯以混合物的形式混合的技术的问题)，并获得，通过由化学键合与氧化石墨烯连接的马来酸酐-接枝聚丙烯，将氧化石墨烯均匀地分散入聚丙烯聚合物基质中的效果。
根据本发明的制备氧化石墨烯母料的方法包括，(i)通过使用超声波处理氧化石墨烯(GO)活化氧化石墨烯的表面；(ii)通过将表面活化的氧化石墨烯与胺烷基三烷氧基硅烷反应，制备表面改性的氧化石墨烯；(iii)通过在使用超声波处理表面改性的氧化石墨烯之后，将表面改性的氧化石墨烯与马来酸酐-接枝聚丙烯反应，制备亲有机物化的氧化石墨烯母料。
此外，制备聚丙烯-石墨烯复合材料的方法包括(i)通过使用超声波处理氧化石墨烯(GO)活化氧化石墨烯的表面；(ii)通过将表面活化的氧化石墨烯与胺烷基三烷氧基硅烷反应，制备表面改性的氧化石墨烯；(iii)通过在使用超声波在溶剂中处理表面改性的氧化石墨烯之后，将表面改性的氧化石墨烯与马来酸酐-接枝聚丙烯反应，制备亲有机物化的氧化石墨烯母料；以及(iv)通过将聚丙烯聚合物基质与氧化石墨烯母料混合，制备聚丙烯-石墨烯复合材料。
下文更加具体地描述根据本发明的制备氧化石墨烯母料的方法及制备聚丙烯-石墨烯复合材料的方法。
步骤(i)是活化氧化石墨烯表面的步骤。
氧化石墨烯(GO)通常是通过使用氧化剂，诸如硝酸、氯酸钠(NaClO3)、氯酸钾(KClO3)和高锰酸钾(KMnO4)氧化石墨粉制备的，或是通过使用电化学方法氧化石墨粉制备的。氧化石墨烯中氧：碳原子数的比例大约是1:1至20，然而，取决于氧化程度，该比例可以小于或大于上述值。氧化石墨烯一般具有大约的层间距，并在广角X射线衍射分析中示出2θ＝13°左右的峰值，然而，取决于氧化程度和湿气吸收程度，该值可以是不同的。
在本发明中，在制备氧化石墨烯母料之前，通过用超声波处理来活化氧化石墨烯(GO)的表面，因而最大化此后进行的改性反应中的反应效率。此外，用作原料的氧化石墨烯中可以存在多层堆叠的石墨烯，并且通过使用超声波处理，在层中剥离氧化石墨烯，还预期更容易地将氧化石墨烯分散在有机溶剂中的效果。
具体地，所述活化是通过将氧化石墨烯(GO)分散在诸如甲苯和二甲苯的芳烃系列的有机溶剂中并且然后使用超声波处理所得物进行的。该超声波具有约20至约100kHz的频率范围，并且所述处理是通过进行大约1至3小时完成的。
步骤(ii)是改性氧化石墨烯表面的步骤。
在本发明中，使用胺烷基三烷氧基硅烷改性通过使用超声波处理活化的氧化石墨烯的表面。具体地，当将胺烷基三烷氧基硅烷加入用超声波处理的氧化石墨烯悬浮物中并搅拌所得物时，存在于氧化石墨烯表面上的氧阴离子(O-)与胺烷基三烷氧基硅烷(AATA-Si)的烷氧基反应以化学键合至氧化石墨烯表面。
用于改性氧化石墨烯的表面的胺烷基三烷氧基硅烷(AATA-Si)可以由以下化学式2表示。
[化学式2]
在化学式2中，R1、R2，和R3各自是具有1至6个碳原子的烷基基团(即C1、C2、C3、C4、C5，或C6烷基)，并且n是1至10的整数(即1、2、3、4、5、6、7、8、9，或10)。
由化学式2表示的胺烷基三烷氧基硅烷的具体示例可以包括3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、5-氨基戊基二甲氧基乙氧基硅烷等。取决于氧化石墨烯的氧化程度，由化学式2表示的胺烷基三烷氧基硅烷使用的量可以不同，然而，相对于约100重量份的氧化石墨烯(GO)，可以使用约0.01至约0.1重量份范围的胺烷基三烷氧基硅烷，且优选地为约0.01至约0.05重量份的范围。本文中，当由化学式2表示的胺烷基三烷氧基硅烷使用的量小于约0.01重量份时，改性不会有效地发生在氧化石墨烯的表面上，导致此后进行的亲有机物化完成程度小的问题。相反的，当由化学式2表示的胺烷基三烷氧基硅烷使用的量过量大于约0.1重量份时，复合材料中的氧化石墨烯(GO)含量减少，并且可能不会获得复合效应。
与用于改性氧化石墨烯(GO)的表面的胺烷基三烷氧基硅烷的反应的温度处于约10℃至约30℃范围内，且即使当将温度维持在室温左右时，该反应也会顺利进行。反应时间适当地为约10至约15小时。
所述步骤(iii)是通过将氧化石墨烯亲有机物化制备氧化石墨烯母料的步骤。
在本发明中，亲有机物化是通过将马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)键合至表面使用胺烷基三烷氧基硅烷通过形成酰胺改性的氧化石墨烯的胺基端基进行的。具体地，在将表面改性的的氧化石墨烯分散入诸如甲苯和二甲苯的芳烃系列的有机溶剂中后，使用超声波处理所得物，将马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)加入其中，并且然后搅拌所得物。
在亲有机物化反应中，相对于约100重量份的马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)，反应了约5至约15重量份的表面改性的氧化石墨烯。本文中，当表面改性的氧化石墨烯包括在氧化石墨烯母料中的含量小于约5重量份，难以预期通过聚丙烯-石墨烯复合材料制备加入的氧化石墨烯的效果，且当该含量过量大于约15重量份时，在制备聚丙烯-石墨烯复合材料时，可能不会预期氧化石墨烯的均匀分散。
用于亲有机物化氧化石墨烯(GO)的马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)是广泛的用于本领域的材料，且可以作为产品购买，或也可以通过用马来酸酐接技键合聚丙烯端部制备。在本发明中，使用具有约1％至约2％的马来酸酐至聚丙烯的接枝率的那些是有利的。
亲有机物化反应是在，在诸如氮气的惰性气体存在下，在约100℃至约170℃，且优选地在约130℃至约150℃下加热的条件下进行的。反应时间适当地为约2至约5小时。
通过上述亲有机物化反应制备的氧化石墨烯母料可以以粉末形式获得。
步骤(iv)是制备聚丙烯-石墨烯复合材料的步骤。
在本发明中，通过将步骤(iii)中制备的氧化石墨烯母料与广泛使用的聚丙烯聚合物基质复混(compounding)来制备复合材料。具体地，聚丙烯-石墨烯复合材料是在将聚丙烯聚合物基质与氧化石墨烯母料混合后，使用诸如双螺杆挤出机的挤出机制备的。
在制备本发明的聚丙烯-石墨烯复合材料时，以约100重量份的聚丙烯聚合物基质为基准，可以将氧化石墨烯母料在约0.1至约3重量份的范围内，且优选地在约0.3至约2重量份的范围内混合。当包括在本发明的聚丙烯-石墨烯复合材料中的氧化石墨烯母料的含量小于约0.1重量份时，包括在复合材料中的氧化石墨烯(OG)的含量过小且可能不会预期增强机械性能的效果，当该含量过量大于约3重量份时，复合材料中氧化石墨烯(OG)的分散性减小，导致复合材料物理性能下降的问题，并且因此，使用上述范围内的氧化石墨烯母料是有利的。
如上所述，本发明将混合至聚丙烯聚合物基质的氧化石墨烯(GO)通过使用特定化合物表面改性和亲有机物化工艺，混合为母料，并且因此引起氧化石墨烯(GO)在复合材料中的均匀分散，结果是增强机械性能的效果，其是目标效果，可以通过仅包含少量的氧化石墨烯(GO)获得。
实施例
在下文中，将参考下列实施例来更详细地描述本发明。然而，这些实施例仅用于示例性的目的，并且本发明的范围不限于此。
[实施例]
制备实施例.氧化石墨烯母料的制备
将0.5g的氧化石墨烯(GO，TIMCAL Graphite&Carbon，TIMREXgraphite-BNB90)置于20mL的甲苯溶剂中，使用超声波处理所得物2小时，并获得氧化石墨烯分散在其中的黑色甲苯溶液。
将400μl的3-胺基丙基三乙氧基硅烷(Si(OEt)3(CH2CH2CH2NH2))加入该溶液，在室温下搅拌所得物12小时以获得黑色溶液。然后，将所得物使用二氯甲烷过滤，洗涤，并且然后在60℃的温度下干燥10小时以获得表面改性的氧化石墨烯。
在将表面改性的氧化石墨烯置于并分散于40mL的二甲苯中后，使用超声波处理所得物1小时。将5g的马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP，接枝率2％；Chemtura Corporation，MAPP-Polybond3000)引入其中，并将所得物在氮气流下，在140℃的温度下搅拌3小时。在反应完成之后，将反应溶液置于120mL的甲醇中，并形成聚集的暗灰色粉末。在通过过滤收集该粉末后，将该粉末使用甲醇洗涤，在80℃下干燥24小时以获得氧化石墨烯母料粉末。
在图1中，附上了识别每个制备氧化石墨烯母料的制备工艺中的化学键合的IR光谱、换言之，可以根据图1的(A)、(B)和(C)识别通过表面改性和亲有机物化引入的3-胺基丙基三乙氧基硅烷和马来酸酐-接枝聚丙烯是通过氧化石墨烯(GO)表面上的化学键合。
图1的(A)是用作原材料的氧化石墨烯(GO)的IR光谱，并且观察到的羟基峰值位于3380cm-1，观察到的羧基峰位于1721cm-1，观察到的sp2-杂化的C＝C(平面内振动)峰位于1622cm-1，并且观察到的环氧基峰位于1048cm-1。
(B)是使用3-胺基丙基三乙氧基硅烷改性的表面的氧化石墨烯的IR光谱，并且分别观察到的由3-胺基丙基三乙氧基硅烷的CH2-CH2基团引起的C-H键峰位于2933和2863cm-1，观察到的N-H伸缩峰(stretching peak)位于1522和778cm-1，并且观察到的Si-O-Si伸缩和Si-O-C伸缩峰位于1119和1005cm-1。
(C)是通过使马来酸酐-接枝聚丙烯反应制备的氧化石墨烯母料的IR光谱，并且观察到的酰胺键峰位于1650cm-1。
实施例1至7和比较例1至2.包括氧化石墨烯(GO)母料粉末的复合材料的制备
聚丙烯-石墨烯复合材料是通过将在制备实施例中制备的氧化石墨烯母料粉末，以在下表1中示出的含量混合至聚丙烯聚合物基质(LotteChemical Corperation，SEP-550H级)中，并在190℃下将所得物使用Brabender GmbH Co.KG的PlastographTM EC和Mixer W 50EHT以100L/min混合10分钟制备的。
比较例3.原生PP的制备
原生PP是通过使用Brabender GmbH Co.KG的PlastographTM EC和Mixer W 50EHT以100L/min在190℃下将聚丙烯聚合物基质(LotteChemical Corperation，SEP-550H级)熔化10分钟制备的。
比较例4.包括氧化石墨烯(GO)的复合材料的制备
聚丙烯-石墨烯复合材料是通过将0.03重量份的氧化石墨烯(GO，TIMCAL Graphite&Carbon，TIMREX graphite-BNB90)混合至100重量份的聚丙烯聚合物基质(Lotte Chemical Corperation，SEP-550H级)，并在190℃下将所得物使用Brabender GmbH Co.KG的PlastographTM EC和Mixer W 50EHT以100L/min熔化10分钟制备的。
比较例5.包括氧化石墨烯(GO)和马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP)的混合物的复合材料的制备
聚丙烯-石墨烯复合材料是通过将0.03重量份的氧化石墨烯(GO，TIMCAL Graphite&Carbon，TIMREX graphite-BNB90)和0.3重量份的马来酸酐-接枝聚丙烯(MA-g-PP，接枝率2％，Chemtura Corporation，MAPP-Polybond3000)混合至100重量份的聚丙烯聚合物基质，并在190℃下将所得物使用Brabender GmbH Co.KG的PlastographTM EC和Mixer W50EHT以100L/min熔化10分钟制备的。
测试实施例：物理性能测量
将在实施例1至7和比较例1至5中制备的聚丙烯-石墨烯复合材料使用加热至250的热压机加压，以制备具有大约0.5mm厚度的膜，并并剪切到具有外部长度75mm，宽度10mm，以及内部长度20和宽度4mm的哑铃形模具中，以各自制备具有相同尺寸的样品膜。
对如上制备的样品，物理性能测量如下。
拉伸强度测量：该副标题是使用万能测试机(Instron，型号4465，USA)以大约50mm/min的速率测量的。
长度模量测量：该副标题是使用万能测试机(Instron，型号4465，USA)以大约50mm/min的速率测量的。
韧性测量：该副标题是使用万能测试机(Instron，型号4465，USA)以大约50mm/min的速率测量的。
每个实施例1至7和比较例1至5的复合材料样品的拉伸强度、长度模量和韧性的测量结果在下表1中示出。
【表1】
已经确定，与聚丙烯聚合物基质(原生PP)样品(比较例3)相比时，所有其中将氧化母料混合至聚丙烯聚合物基质的复合材料样品(实施例1至7以及比较例1和2)具有增加的拉伸强度、长度模量和韧性。在实施例1至7的样品之中，已经确定以0.9重量份包括氧化石墨烯母料的样品(实施例3)具有最优秀的拉伸强度、长度模量和韧性。此外，已经确定，在将氧化石墨烯母料混合至聚丙烯聚合物基质中，当氧化石墨烯母料的含量在0.1至3重量份的范围之外时，如比较例1或比较例2，拉伸强度、长度模量和韧性减小。
此外，已经确定，当与其中氧化石墨烯(GO)是直接混合至聚丙烯聚合物基质的样品(比较例4)相比，实施例1至7的样品，其中氧化石墨烯(GO)是作为母料制备并混合的，全部具有增加的拉伸强度、长度模量和韧性。
此外，以100重量份的聚丙烯聚合物基质为基准，实施例1、比较例4和比较例5在复合材料中全部具有相同的0.03重量份的氧化石墨烯(GO)含量，然而，已经确定实施例1的样品，其中氧化石墨烯是作为母料混合的，具有优秀得多的拉伸强度、长度模量和韧性。通过这样的结果，可以看出在作为母料制备之后，通过如本发明中提出的特定的表面改性和亲有机物化混合氧化石墨烯，对于在增强复合材料的物理性能方面获得优选的结果是有效的。
此外，在图2附上了模塑实施例1和比较例4的复合材料的样品的电子显微照片。
图2的(a)是实施例1的样品的照片，且没有观察到聚集现象。然而，图2的(b)是比较例4的样品的制品，且识别到黑点。通过这样的结果，已经确定，混合通过如本发明中提出的特定的表面改性和亲有机物化制备作为母料的氧化石墨烯会引起均匀的分散而没有氧化石墨烯(GO)的聚集。
因此，与通过一般方法制备的聚丙烯复合材料相比，本发明中提供的聚丙烯-石墨烯复合材料具有优秀的物理性能，诸如拉伸强度、长度模量和韧性，以及优秀的分散性，并且因此可以在各种领域，诸如汽车和IT领域中使用。
根据本发明，氧化石墨烯母料在聚丙烯聚合物基质中的分散性是优秀的，并且因此，即使当混合少量的氧化石墨烯时，其对于制备的聚丙烯-石墨烯复合材料具有优秀的物理性能也是有效的。
本发明的聚丙烯-石墨烯复合材料具有优秀的机械性能，诸如长度模量、强度和韧性，并且因此，可以在各种领域，诸如汽车和IT领域中使用。
参照其优选的实施方式详细描述了本发明。然而，本领域的技术人员要理解的是，在不背离本发明的原理和精神的情况下，可在这些实施方式中进行变化，在所附权利要求及其等同物内限定本发明的范围。

Claims (10)

1.一种聚丙烯-石墨烯复合材料，包含：
聚丙烯聚合物基质；以及
通过以下方法制备的亲有机物化的氧化石墨烯母料，所述方法包括：
(i)活化氧化石墨烯GO的表面，从而制备表面活化的氧化石墨烯；
(ii)将所述表面活化的氧化石墨烯与胺烷基三烷氧基硅烷接触，从而制备表面改性的氧化石墨烯；
(iii)将所述表面改性的氧化石墨烯与马来酸酐-接枝聚丙烯反应。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯-石墨烯复合材料，包含100重量份的所述聚丙烯聚合物基质；以及0.1至3重量份的所述氧化石墨烯母料。
3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯-石墨烯复合材料，其中所述氧化石墨烯母料是粉末。
4.根据权利要求1或2所述的聚丙烯-石墨烯复合材料，其中所述氧化石墨烯母料是通过将100重量份的所述马来酸酐-接枝聚丙烯与相对其5至15重量份的所述表面改性的氧化石墨烯反应制备的。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯-石墨烯复合材料，其中所述氧化石墨烯母料具有根据化学式1的结构：
其中n是1至10的整数；并且虚线分别独立地代表C1-C6烷基。
6.一种制备氧化石墨烯母料的方法，包括：
(i)通过使用超声波处理氧化石墨烯来活化所述氧化石墨烯的表面；
(ii)通过将表面活化的所述氧化石墨烯与胺烷基三烷氧基硅烷反应，制备表面改性的的氧化石墨烯；并且
(iii)通过将所述表面改性的氧化石墨烯使用超声波处理之后，将所述表面改性的的氧化石墨烯与马来酸酐-接枝聚丙烯反应，制备亲有机物化的氧化石墨烯母料。
7.一种制备聚丙烯-石墨烯复合材料的方法，包括：
(i)通过使用超声波处理氧化石墨烯来活化所述氧化石墨烯的表面；
(ii)通过将所述表面活化的氧化石墨烯与胺烷基三烷氧基硅烷反应来制备表面改性的的氧化石墨烯；
(iii)通过将所述表面改性的氧化石墨烯使用超声波处理之后，将所述表面改性的的氧化石墨烯与马来酸酐-接枝聚丙烯反应，来制备亲有机物化的氧化石墨烯母料；并且
(iv)通过将聚丙烯聚合物基质与所述氧化石墨烯母料混合，来制备所述聚丙烯-石墨烯复合材料。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述氧化石墨烯母料是粉末。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述步骤(iii)的所述氧化石墨烯母料是通过将100重量份的所述马来酸酐-接枝聚丙烯与相对其5至15重量份的所述表面改性的氧化石墨烯反应制备的。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述步骤(iv)通过将与100重量份的所述聚丙烯聚合物基质和0.1至3重量份的所述氧化石墨烯母料混合来制备所述聚丙烯-石墨烯复合材料。
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