CN106832718A - 一种导电聚合物复合石墨烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种导电聚合物复合石墨烯材料，它是由下述重量份的原料组成的：单体37‑40、乙二酸8‑10、炭黑10‑12、三乙胺2‑3、硫硬脂酸0.9‑1、氧化石墨烯110‑130、过硫酸铵1.4‑2，本发明的复合材料增强了氧化石墨烯的导电性能，增强了其在电化学器件、抗静电涂料、电磁干扰屏蔽材料、静电耗散材料等领域的应用范围。

Description

一种导电聚合物复合石墨烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种导电聚合物复合石墨烯材料及其制备方法。
背景技术
石墨氧化后在其表面生成了大量的含氧官能团，破坏了石墨烯的结构，产生许多缺陷，原始共轭结构被破坏，石墨的电导率也随之下降，从而限制了其在电化学器件领域的直接应用。然而，这些含氧官能团有利于氧化石墨在溶剂尤其是水中的分散。得到的胶体悬浮液可以通过旋涂法使氧化石墨烯沉积在多种基底上，为制备超薄导电器件提供方便。同时，这些官能团可以作为活性位点，可以通过化学途径对氧化石墨进行化学修饰与进一步功能化，调控其物理化学性能，使其在绝缘体与半导体之间相互转化；
具有优异导电性的石墨烯可作为制备聚合物导电纳米复合材料的髙效填料。复合材料的电导率随着石墨烯添加呈的增加而增大，并出现渗透阈值现象，说明石墨烯导电网络的形成。石墨烯的髙电导率及髙长径比，使其成为获得低渗透阈值的理想纳米填料。该复合导电材料可应用于抗静电涂料、电磁干扰屏蔽材料、静电耗散材料等，对石墨烯进行功能化改性及表面修饰，赋予石墨烯新的功能，将改善其在聚合物基体中的分散性，有利于将石墨烯的优异性能赋予其聚合物材料中。
发明内容
本发明的目的在于对石墨烯进行功能化改性及表面修饰，赋予石墨烯新的功能，将改善其在聚合物基体中的分散性，提供一种导电聚合物复合石墨烯材料及其制备方法。
为实现目的，本发明采用以下技术方案：
一种导电聚合物复合石墨烯材料，它是由下述重量份的原料组成的：
单体37-40、乙二酸8-10、炭黑10-12、三乙胺2-3、硬脂酸0.9-1、氧化石墨烯110-130、过硫酸铵1.4-2。
一种导电聚合物复合石墨烯材料，所述的单体为甲基丙烯酰胺、己内酰胺中的一种或两种，当为两种混合物时，甲基丙烯酰胺、己内酰胺的质量比为1:17-20。
一种导电聚合物复合石墨烯材料，所述的氧化石墨烯的制备方法为传统Hummers法制备。
一种导电聚合物复合石墨烯材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)取炭黑，加入到其重量100-110倍的、质量比为4-5：1的硫酸、硝酸的混合溶液中，所述的硫酸的浓度为90-95％，所述的硝酸的浓度为96-98％，升高温度为110-120℃，超声6-10小时，过滤，将沉淀水洗3-4次，在80-90℃下真空干燥1-2小时，得羧基炭黑；
(2)取羧基炭黑，加入到其重量15-20倍的氯化亚砜中，在50-55℃下保温搅拌15-20小时，蒸馏除去氯化亚砜，常温干燥，得酰氯化炭黑；
(3)取酰氯化炭黑，加入到其重量100-120倍的去离子水中，超声3-5分钟，加入三乙胺，升高温度为50-70℃，保温搅拌1-2小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得胺化炭黑；
(4)取硬脂酸，加入到其重量300-460倍的去离子水中，搅拌均匀，加入氧化石墨烯，超声20-30分钟，滴加浓度为96-98％的硫酸，在50-60℃下保温搅拌10-20分钟，得改性石墨烯分散液；
(5)取胺化炭黑、己内酰胺混合，加入到改性石墨烯分散液中，搅拌均匀，加入过硫酸铵，送入到反应釜中，升高温度为220-300℃，保温反应3-5小时，出料，过滤，干燥，得导电聚合物复合石墨烯材料。
一种导电聚合物复合石墨烯材料的制备方法，所述的步骤(5)中干燥的具体方法为，将过滤后的沉淀用二甲基甲酰胺、去离子水依次洗涤，然后送入到50-60℃的烘箱中，干燥至恒重。
本发明的优点：
本发明采用羧基炭黑通过氯化亚砜处理，将得到的酰氯化炭黑与三乙胺反应，得到胺化炭黑；之后采用硬脂酸处理氧化的石墨烯，以浓硫酸为催化剂，使得氧化石墨烯表面有更多的碳碳双键，然后以己内酰胺、胺化炭黑为混合单体，以过硫酸铵为引发剂，含有碳碳双键的氧化石墨烯也参与到聚合反应过程中，将改性处理的石墨烯均匀的分散到聚合物基体中，该聚合物基体以苯胺为单体，具有很好的导电性，本发明的复合材料增强了氧化石墨烯的导电性能，增强了其在电化学器件、抗静电涂料、电磁干扰屏蔽材料、静电耗散材料等领域的应用范围。
具体实施方式
实施例1
一种导电聚合物复合石墨烯材料，它是由下述重量份的原料组成的：
甲基丙烯酰胺37、乙二酸8、炭黑10、三乙胺2、硬脂酸0.9、氧化石墨烯110、过硫酸铵1.4。
一种导电聚合物复合石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取炭黑，加入到其重量100倍的、质量比为4：1的硫酸、硝酸的混合溶液中，所述的硫酸的浓度为90-95％，所述的硝酸的浓度为96％，升高温度为110℃，超声6小时，过滤，将沉淀水洗3次，在80℃下真空干燥1-2小时，得羧基炭黑；
(2)取羧基炭黑，加入到其重量15倍的氯化亚砜中，在50℃下保温搅拌15小时，蒸馏除去氯化亚砜，常温干燥，得酰氯化炭黑；
(3)取酰氯化炭黑，加入到其重量1000倍的去离子水中，超声3分钟，加入三乙胺，升高温度为50℃，保温搅拌1小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得胺化炭黑；
(4)取硬脂酸，加入到其重量300倍的去离子水中，搅拌均匀，加入氧化石墨烯，超声20分钟，滴加浓度为96％的硫酸，在50℃下保温搅拌10分钟，得改性石墨烯分散液；
(5)取胺化炭黑、己内酰胺混合，加入到改性石墨烯分散液中，搅拌均匀，加入过硫酸铵，送入到反应釜中，升高温度为220℃，保温反应3小时，出料，过滤，将过滤后的沉淀用二甲基甲酰胺、去离子水依次洗涤，然后送入到50℃的烘箱中，干燥至恒重。
性能测试：
测定聚苯胺的电导率为5.43×10-5s/m、测得本发明的导电聚合物复合石墨烯材料的电导率为3.10×10-1-3.17×10-1s/m；导电性能得到了明显的提高。
实施例2
己内酰胺40、乙二酸10、炭黑12、三乙胺3、硬脂酸1、氧化石墨烯130、过硫酸铵2。
一种导电聚合物复合石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取炭黑，加入到其重量110倍的、质量比为5：1的硫酸、硝酸的混合溶液中，所述的硫酸的浓度为95％，所述的硝酸的浓度为98％，升高温度为120℃，超声10小时，过滤，将沉淀水洗4次，在80-90℃下真空干燥2小时，得羧基炭黑；
(2)取羧基炭黑，加入到其重量20倍的氯化亚砜中，在55℃下保温搅拌20小时，蒸馏除去氯化亚砜，常温干燥，得酰氯化炭黑；
(3)取酰氯化炭黑，加入到其重量120倍的去离子水中，超声5分钟，加入三乙胺，升高温度为70℃，保温搅拌2小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得胺化炭黑；
(4)取硬脂酸，加入到其重量460倍的去离子水中，搅拌均匀，加入氧化石墨烯，超声30分钟，滴加浓度为98％的硫酸，在60℃下保温搅拌20分钟，得改性石墨烯分散液；
(5)取胺化炭黑、己内酰胺混合，加入到改性石墨烯分散液中，搅拌均匀，加入过硫酸铵，送入到反应釜中，升高温度为300℃，保温反应5小时，出料，过滤，将过滤后的沉淀用二甲基甲酰胺、去离子水依次洗涤，然后送入到60℃的烘箱中，干燥至恒重。
测得本发明的导电聚合物复合石墨烯材料的电导率为3.10×10-1-3.21×10-1s/m；导电性能得到了明显的提高。

Claims (5)

1.一种导电聚合物复合石墨烯材料，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
单体37-40、乙二酸8-10、炭黑10-12、三乙胺2-3、硬脂酸0.9-1、氧化石墨烯110-130、过硫酸铵1.4-2。
2.根据权利要求1所述的一种导电聚合物复合石墨烯材料，其特征在于，所述的单体为甲基丙烯酰胺、己内酰胺中的一种或两种，当为两种混合物时，甲基丙烯酰胺、己内酰胺的质量比为1:17-20。
3.根据权利要求1所述的一种导电聚合物复合石墨烯材料，其特征在于，所述的氧化石墨烯的制备方法为传统Hummers法制备。
4.一种如权利要求1、2、3所述的导电聚合物复合石墨烯材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）取炭黑，加入到其重量100-110倍的、质量比为4-5：1的硫酸、硝酸的混合溶液中，所述的硫酸的浓度为90-95%，所述的硝酸的浓度为96-98%，升高温度为110-120℃，超声6-10小时，过滤，将沉淀水洗3-4次，在80-90℃下真空干燥1-2小时，得羧基炭黑；
（2）取羧基炭黑，加入到其重量15-20倍的氯化亚砜中，在50-55℃下保温搅拌15-20小时，蒸馏除去氯化亚砜，常温干燥，得酰氯化炭黑；
（3）取酰氯化炭黑，加入到其重量100-120倍的去离子水中，超声3-5分钟，加入三乙胺，升高温度为50-70℃，保温搅拌1-2小时，过滤，将沉淀水洗，常温干燥，得胺化炭黑；
（4）取硬脂酸，加入到其重量300-460倍的去离子水中，搅拌均匀，加入氧化石墨烯，超声20-30分钟，滴加浓度为96-98%的硫酸，在50-60℃下保温搅拌10-20分钟，得改性石墨烯分散液；
（5）取胺化炭黑、己内酰胺混合，加入到改性石墨烯分散液中，搅拌均匀，加入过硫酸铵，送入到反应釜中，升高温度为220-300℃，保温反应3-5小时，出料，过滤，干燥，得导电聚合物复合石墨烯材料。
5.根据权利要求4所述的一种导电聚合物复合石墨烯材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤（5）中干燥的具体方法为，将过滤后的沉淀用二甲基甲酰胺、去离子水依次洗涤，然后送入到50-60℃的烘箱中，干燥至恒重。
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