CN107201004A - 基于改性石墨烯的高分子材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于改性石墨烯的高分子材料及其制备方法，所述制备方法包括：将石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯和无水乙醇混合，过滤后得到改性石墨烯；将改性石墨烯、甲基丙烯酸、聚苯乙烯、N，N‑二甲基甲酰胺、聚乳酸和乙二醇混合得到混合溶液M，将混合溶液经热成型得到共聚物板；将所述共聚物板加入液态树脂基体中，得到混合溶液N，将所述混合溶液N经热成型得到基于改性石墨烯的高分子材料；解决了石墨烯作为复合材料添加剂，存在着在树脂中分散性较差，自身容易团聚，与树脂相容性较差，制得的复合材料力学性能存在不足的问题。

Description

基于改性石墨烯的高分子材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体地，涉及一种基于改性石墨烯的高分子材料及其制备方法。
背景技术
按照材料应用功能分类，高分子材料分为通用高分子材料、特种高分子材料和功能高分子材料三大类。通用高分子材料指能够大规模工业化生产，已普遍应用于建筑、交通运输、农业、电气电子工业等国民经济主要领域和人们日常生活的高分子材料。这其中又分为塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等不同类型。特种高分子材料主要是一类具有优良机械强度和耐热性能的高分子材料，如聚碳酸酯、聚酰亚胺等材料，已广泛应用于工程材料上。功能高分子材料是指具有特定的功能作用，可做功能材料使用的高分子化合物，包括功能性分离膜、导电材料、医用高分子材料、液晶高分子材料等。同大多数碳材料一样，石墨烯可以应用于复合材料添加剂，来提高复合材料的综合性能。目前，这方面的研究主要着眼于提高复合材料的电磁性能，对于力学性能的研究较少。此外，同大多数纳米材料一样，石墨烯存在着在树脂中分散性较差，自身容易团聚，与树脂相容性较差的问题，而通过氧化石墨法制备的氧化石墨烯亲水性较强，与树脂的结合也不理想。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于改性石墨烯的高分子材料及其制备方法，解决了石墨烯作为复合材料添加剂，存在着在树脂中分散性较差，自身容易团聚，与树脂相容性较差，制得的复合材料力学性能存在不足的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于改性石墨烯的高分子材料的制备方法，所述制备方法包括：
（1）将石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯和无水乙醇混合，过滤后得到改性石墨烯；
（2）将改性石墨烯、甲基丙烯酸、聚苯乙烯、N，N-二甲基甲酰胺、聚乳酸和乙二醇混合得到混合溶液M，将混合溶液经热成型得到共聚物板；
（3）将所述共聚物板加入液态树脂基体中，得到混合溶液N，将所述混合溶液N经热成型得到基于改性石墨烯的高分子材料。
本发明还提供了一种基于改性石墨烯的高分子材料，所述基于改性石墨烯的高分子材料由上述的制备方法制得。
通过上述技术方案，本发明提供了一种基于改性石墨烯的高分子材料的制备方法，所述制备方法包括：将石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯和无水乙醇混合，过滤后得到改性石墨烯；将改性石墨烯、甲基丙烯酸、聚苯乙烯、N，N-二甲基甲酰胺、聚乳酸和乙二醇混合得到混合溶液M，将混合溶液经热成型得到共聚物板；将所述共聚物板加入液态树脂基体中，得到混合溶液N，将所述混合溶液N经热成型得到基于改性石墨烯的高分子材料；制得的高分子材料具有优良的力学性能，且摩擦系数较低，同时用于制备该高分子材料的方法简单、原料易得。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
本发明提供了一种基于改性石墨烯的高分子材料的制备方法，所述制备方法包括：
（1）将石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯和无水乙醇混合，过滤后得到改性石墨烯；
（2）将改性石墨烯、甲基丙烯酸、聚苯乙烯、N，N-二甲基甲酰胺、聚乳酸和乙二醇混合得到混合溶液M，将混合溶液经热成型得到共聚物板；
（3）将所述共聚物板加入液态树脂基体中，得到混合溶液N，将所述混合溶液N经热成型得到基于改性石墨烯的高分子材料。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的高分子材料的力学性能，相对于100重量份的石墨烯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的用量为10-20重量份，所述无水乙醇的用量为180-220重量份；
相对于100重量份的改性石墨烯，所述甲基丙烯酸的用量为20-30重量份，所述聚苯乙烯的用量为10-20重量份、所述N，N-二甲基甲酰胺的用量为1-5重量份，所述聚乳酸的用量为50-70重量份，所述乙二醇的用量为50-80重量份；
相对于100重量份的共聚物板，所述液态树脂基体的用量为400-600重量份。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的高分子材料的力学性能，所述液态树脂基体由环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种熔化得到。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的高分子材料的力学性能，在步骤（1）中，混合采用超声分散的方式，且超声分散的频率为20-30kHz，超声分散的时间为10-20min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的高分子材料的力学性能，在步骤（2）中，热成型的条件包括：热成型的温度为150-160℃，热成型的时间为30-40min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的高分子材料的力学性能，在步骤（3）中，热成型的条件包括：热成型的温度为170-180℃，热成型的时间为20-30min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高制得的高分子材料的力学性能，所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量为80000-90000，所述聚苯乙烯的重均分子量为5000-7000，所述聚乳酸的重均分子量为4000-5000。
本发明还提供了一种基于改性石墨烯的高分子材料，所述基于改性石墨烯的高分子材料由上述的制备方法制得。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。以下实施例中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量为80000-90000，所述聚苯乙烯的重均分子量为5000-7000，所述聚乳酸的重均分子量为4000-5000。
实施例1
将100g石墨烯、10g聚甲基丙烯酸甲酯和180g无水乙醇混合（采用超声分散的方式，且超声分散的频率为20kHz，超声分散的时间为10min），过滤后得到改性石墨烯；将100g改性石墨烯、20g甲基丙烯酸、10g聚苯乙烯、1gN，N-二甲基甲酰胺、50g聚乳酸和50g乙二醇混合得到混合溶液M，将混合溶液经热成型（热成型的温度为150℃，热成型的时间为30min）得到共聚物板；将100g所述共聚物板加入400g液态环氧树脂基体中，得到混合溶液N，将所述混合溶液N经热成型（热成型的温度为170℃，热成型的时间为20min）得到基于改性石墨烯的高分子材料A1。
实施例2
将100g石墨烯、20g聚甲基丙烯酸甲酯和220g无水乙醇混合（采用超声分散的方式，且超声分散的频率为30kHz，超声分散的时间为20min），过滤后得到改性石墨烯；将100g改性石墨烯、30g甲基丙烯酸、20g聚苯乙烯、5gN，N-二甲基甲酰胺、70g聚乳酸和80g乙二醇混合得到混合溶液M，将混合溶液经热成型（热成型的温度为160℃，热成型的时间为40min）得到共聚物板；将100g所述共聚物板加入600g液态双马树脂基体中，得到混合溶液N，将所述混合溶液N经热成型（热成型的温度为180℃，热成型的时间为30min）得到基于改性石墨烯的高分子材料A2。
实施例3
将100g石墨烯、15g聚甲基丙烯酸甲酯和200g无水乙醇混合（采用超声分散的方式，且超声分散的频率为25kHz，超声分散的时间为15min），过滤后得到改性石墨烯；将100g改性石墨烯、25g甲基丙烯酸、15g聚苯乙烯、3gN，N-二甲基甲酰胺、60g聚乳酸和65g乙二醇混合得到混合溶液M，将混合溶液经热成型（热成型的温度为155℃，热成型的时间为35min）得到共聚物板；将100g所述共聚物板加入500g液态酚醛树脂基体中，得到混合溶液N，将所述混合溶液N经热成型（热成型的温度为175℃，热成型的时间为25min）得到基于改性石墨烯的高分子材料A3。
对比例1
按照实施例3的方式进行，不同的是，相对于100g的石墨烯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的用量为5g，所述无水乙醇的用量为150g；相对于100g的改性石墨烯，所述甲基丙烯酸的用量为15g，所述聚苯乙烯的用量为5g、所述N，N-二甲基甲酰胺的用量为3g，所述聚乳酸的用量为40g，所述乙二醇的用量为40g；相对于100g的共聚物板，所述酚醛树脂基体的用量为300g。
对比例2
按照实施例3的方式进行，不同的是，相对于100g的石墨烯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的用量为25g，所述无水乙醇的用量为250g；相对于100g的改性石墨烯，所述甲基丙烯酸的用量为35g，所述聚苯乙烯的用量为25g、所述N，N-二甲基甲酰胺的用量为7g，所述聚乳酸的用量为75g，所述乙二醇的用量为85g；相对于100g的共聚物板，所述酚醛树脂基体的用量为700g。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (8)

1.一种基于改性石墨烯的高分子材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
（1）将石墨烯、聚甲基丙烯酸甲酯和无水乙醇混合，过滤后得到改性石墨烯；
（2）将改性石墨烯、甲基丙烯酸、聚苯乙烯、N，N-二甲基甲酰胺、聚乳酸和乙二醇混合得到混合溶液M，将混合溶液经热成型得到共聚物板；
（3）将所述共聚物板加入液态树脂基体中，得到混合溶液N，将所述混合溶液N经热成型得到基于改性石墨烯的高分子材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，相对于100重量份的石墨烯，所述聚甲基丙烯酸甲酯的用量为10-20重量份，所述无水乙醇的用量为180-220重量份；
相对于100重量份的改性石墨烯，所述甲基丙烯酸的用量为20-30重量份，所述聚苯乙烯的用量为10-20重量份、所述N，N-二甲基甲酰胺的用量为1-5重量份，所述聚乳酸的用量为50-70重量份，所述乙二醇的用量为50-80重量份；
相对于100重量份的共聚物板，所述液态树脂基体的用量为400-600重量份。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述液态树脂基体由环氧树脂、双马树脂、酚醛树脂和聚酰亚胺树脂中的一种或多种熔化得到。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，在步骤（1）中，混合采用超声分散的方式，且超声分散的频率为20-30kHz，超声分散的时间为10-20min。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，在步骤（2）中，热成型的条件包括：热成型的温度为150-160℃，热成型的时间为30-40min。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，在步骤（3）中，热成型的条件包括：热成型的温度为170-180℃，热成型的时间为20-30min。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其中，所述聚甲基丙烯酸甲酯的重均分子量为80000-90000，所述聚苯乙烯的重均分子量为5000-7000，所述聚乳酸的重均分子量为4000-5000。
8.一种基于改性石墨烯的高分子材料，其特征在于，所述基于改性石墨烯的高分子材料由权利要求1-7中任意一项所述的制备方法制得。
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