CN106009282A - 一种聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料的制备方法 - Google Patents

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卢静
张彦鹏
尹桂林
葛美英
金彩虹
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Abstract

本发明涉及采用溶液法制备聚丙烯接枝氧化石墨烯扶着材料。采用3‑氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对氧化石墨烯进行表面修饰后，与枝化聚丙烯、聚丙烯进行共混反应，利用修饰石墨烯的功能团氨基与马来酸酐（maleic‑anhydride）枝化形成枝化聚丙烯（MAPP）中酸酐的作用，极大极高了氧化石墨烯在复合材料中分散性。该方法制备的复合材料，拉伸强度较聚丙烯与枝化聚丙烯提高了20%以上。

Description

一种聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于功能材料制备领域，具体涉及采用溶液法共混法制备聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料。将氧化石墨烯进行功能化处理后再与枝化修饰过的聚丙烯进行复合，能够极大改善石墨烯在复合材料中因容易聚集导致的性能不稳定状况；通过控制复合材料中石墨烯的含量，能够获得拉伸强度具有明显提高的聚丙烯/氧化石墨烯复合材料。
背景技术
聚丙烯（PP）材料因价格低廉、易于加工成型而在工业和生活中具有广泛的应用。但力学、热学性能的不稳定性极大限制了其在相关领域的深入应用，如何与具有特性功能材料的复合对现有的聚丙烯材料性能进行改性，近年来受到诸多关注。相关研究成员已经尝试将聚丙烯与石墨、碳管及石墨烯等材料复合，改进PP材料的相关性能。但成果有限。
作为最受关注的新型二维材料，石墨烯具有优异的光学、电学、热学和力学性能。但受限于巨大的比表面积和表面能造成的分散难、易于团聚等技术问题，石墨烯作为填充材料与聚合物复合的研究进展一直较为缓慢。近年来得益于交叉学科的研究进展，石墨烯表面功能化修饰改性领域取得了明显突破，进一步凸显了其作为纳米填充材料的应用价值。
Bian Jun等采用膨胀氧化石墨烯与聚丙烯复合，极大地提高了聚丙烯材料的导电性、导热性与拉伸强度，但膨胀石墨烯分散性差、结合力有限且制备结果重复性差等问题并未解决。（Journal of Applied Polymer Science, 208(1), 600-610,2013）。
Wang Ke等采用在复合物中添加还原基团的方法，提高了石墨烯在复合材料中的分散性能，但该制备过程还原剂要求较高，且会降低复合材料的相关性能。（Colloid and Polymer Science，293（5），1495-1503，2015）。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料的制备方法，采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对氧化石墨烯进行功能化修饰后，利用修饰石墨烯的功能团氨基与马来酸酐（maleic-anhydride）枝化形成枝化聚丙烯（MAPP）中酸酐的作用，极大提高了石墨烯在复合材料中的分散性。该石墨烯功能化修饰过程直接可控，重复性高，对批量化生产具有重要的意义。
一种聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料的制备方法, 其特征在于，包括如下主要步骤：
（1）采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对氧化石墨烯进行功能化修饰：将氧化石墨烯分散在甲苯溶液中，在300W功率下超声清洗30分钟；后加入APTES，回流搅拌8小时后，真空抽虑后采用二氯甲烷冲洗干净，在真空50℃条件下干燥4小时待用；
（2）采用溶液共混法获得聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料：将步骤（1）中获得的石墨烯溶入二甲苯溶液中，超声处理2小时后获得均匀的黑色悬浮溶液；加入定量的枝化聚丙烯，在120℃下加热回流，待枝化聚丙烯溶解完全后，恒温反应一定时间；后加入聚丙烯和二甲苯的混合溶液，继续反应至聚丙烯完全溶解，对混合溶液进行真空萃取，将获得的材料真空干燥即可获得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。
对氧化石墨烯进行功能化修饰时，氧化石墨烯与APTES的最佳比例为0.1g石墨烯配置0.1mLAPTES。
枝化聚丙烯与聚丙烯的质量比为1：1, 聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料中氧化石墨烯的质量分数在1%-5%范围内。
与现有技术，本发明的增益效果是 ：
本发明中采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷对氧化石墨烯进行表面修饰，通过功能基团引入，与马来酸酐（maleic-anhydride）枝化形成枝化聚丙烯的相互作用，能够极大提高石墨烯在聚丙烯中的分散性，通过改变复合材料中石墨烯的含量，能够获得拉伸强度具有明显提高的复合材料。该方法制备的复合材料，拉伸强度较聚丙烯与枝化聚丙烯提高了20%以上。
附图说明
图1：样品应力-应变曲线对比,S1-S3为实施例1-3样品，1为聚丙烯，2为枝化聚丙烯。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
将0.1g氧化石墨烯加入10mL甲苯溶液中，在300W功率下超声30分钟分散，加入0.1mLAPTES溶液后，回流搅拌8小时后进行真空抽滤。将所得固体采用二氯甲烷进行冲洗后，在真空50℃条件下干燥4小时；将修饰过氧化石墨烯溶入100mL二甲苯溶液，300W功率超声处理2小时候，称取4.95g枝化聚丙烯加入后，在120℃下加热回流，当加入物质溶解完全后，恒温反应2小时；继续加入4.95g聚丙烯和100mL二甲苯继续反应至全部溶解，真空萃取混合溶液，将获得的材料在真空40℃条件下干燥2小时待用即可获得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。
实施例2：
将0.2g氧化石墨烯加入20mL甲苯溶液中，在300W功率下超声30分钟分散，加入0.2mLAPTES溶液后，回流搅拌8小时后进行真空抽滤。将所得固体采用二氯甲烷进行冲洗后，在真空50℃条件下干燥4小时；将修饰过氧化石墨烯溶入100mL二甲苯溶液，300W功率超声处理2小时候，称取4.9g枝化聚丙烯加入后，在120°C下加热回流，当加入物质溶解完全后，恒温反应2小时；继续加入4.9g聚丙烯和100mL二甲苯继续反应至全部溶解，真空萃取混合溶液，将获得的材料在真空40℃条件下干燥2小时待用即可获得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。
实施例3：
将0.5g氧化石墨烯加入50mL甲苯溶液中，在300W功率下超声30分钟分散，加入0.5mLAPTES溶液后，回流搅拌8小时后进行真空抽滤。将所得固体采用二氯甲烷进行冲洗后，在真空50℃条件下干燥4小时；将修饰过氧化石墨烯溶入100mL二甲苯溶液，300W功率超声处理2小时候，称取4.25g枝化聚丙烯加入后，在120℃下加热回流，当加入物质溶解完全后，恒温反应2小时；继续加入4.25g聚丙烯和100mL二甲苯继续反应至全部溶解，真空萃取混合溶液，将获得的材料在真空40℃条件下干燥2小时待用即可获得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。

Claims (3)

1.一种聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料的制备方法, 其特征在于，包括如下主要步骤：
（1）采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）对氧化石墨烯进行功能化修饰：将氧化石墨烯分散在甲苯溶液中，在300W功率下超声清洗30分钟；后加入APTES，回流搅拌8小时后，真空抽虑后采用二氯甲烷冲洗干净，在真空50℃条件下干燥4小时待用；
（2）采用溶液共混法获得聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料：将步骤（1）中获得的石墨烯溶入二甲苯溶液中，超声处理2小时后获得均匀的黑色悬浮溶液；加入定量的枝化聚丙烯，在120℃下加热回流，待枝化聚丙烯溶解完全后，恒温反应一定时间；后加入聚丙烯和二甲苯的混合溶液，继续反应至聚丙烯完全溶解，对混合溶液进行真空萃取，将获得的材料真空干燥即可获得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。
2. 根据权利要求1所述一种聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，对氧化石墨烯进行功能化修饰时，氧化石墨烯与APTES的最佳比例为0.1g石墨烯配置0.1mLAPTES。
3. 根据权利要求1所述一种聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，枝化聚丙烯与聚丙烯的质量比为1：1, 聚丙烯接枝氧化石墨烯复合材料中氧化石墨烯的质量分数在1%-5%范围内。
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