[發明專利]一種石墨烯基阻隔復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201010128271.7
• 申請日: 2010-03-17
• 公開（公告）號: CN101812194A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 王賢保;王敬超;徐春暉;萬麗
• 申請（專利權）人: 湖北大學
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L23/12;C08L47/00;C08L23/20;C08L27/06;C08L27/14;C08L27/18;C08L25/06;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/04
• 代理公司: 武漢凌達知識產權事務所(特殊普通合伙) 42221
• 代理人: 宋國榮

技術領域：

本發明涉及一種石墨烯基納米阻隔復合材料，尤其涉及一種石墨烯基納米阻隔復 合材料及其制備方法。本發明屬于聚合物加工技術領域和納米技術領域。

背景技術：

自從2004年英國曼徹斯特大學Geim等教授發現了石墨烯以來(Geim，A.K.et?al. Science，306，666(2004))，石墨烯引起了世界各國研究人員的極大興趣。石墨烯是由 一層密集的、包裹在蜂巢晶體點陣上的碳原子組成，是典型的二維納米材料，其厚 度僅為0.35nm。這種特殊結構蘊含了豐富而新奇的物理現象，使石墨烯表現出許多 優異性質(Geim，A.K.et?al.Nature?Materials，6，183(2007))。例如石墨烯的強度是已測 試材料中最高的，達130GPa，是鋼的100多倍(Lee，C.G.et?al.Science，321，385(2008))， 其熱導率可達5000(W/(m·K))，是金剛石的3倍(Balandin，A.A.et?al.Nano?Letter，8， 902(2008))。這些獨特的性能使其在材料科學和電子學等領域具有廣闊的應用前景。

在日常生活中，聚烯烴塑料容器由于容易加工、耐腐蝕、價格低廉、質輕、綜合 性能優越等優點而被廣泛使用。但由于它們是非極性高聚物，溶解度參數與大多數 烴類有機溶劑接近，因而耐有機溶劑的滲透性較差，不適于農藥、化學藥品及燃油 等要求阻隔性高的材料的包裝。為了提高聚烯烴的阻隔性能，目前國內外采用的改 性技術有表面處理，多層共擠等。表面處理法如氟化，磺化等阻隔性能較差，且有 操作危險，污染性高，投資成本高及廢料難回收等缺點；多層共擠法是將聚烯烴與 阻隔性好的樹脂共混改性，使阻隔樹脂在基體樹脂中形成多層結構的方法，起阻隔 作用的樹脂如尼龍，乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)等分散相呈層狀分布于連續相基體 樹脂中，阻隔層與基體組成多層結構，使得容器中溶劑分子穿透途徑變得迂回曲折， 增加了途徑，因此阻隔性能得到提高。但是卻具有成型機械與模具設計復雜，投資 成本高，工藝難以控制等缺點。

發明內容：

本發明的目的在于針對目前阻隔性塑料容器現有的技術缺陷，提出了一種以功 能化修飾的石墨烯片為增強劑的納米阻隔復合材料及其制備方法，制備具有高阻隔， 易加工，低成本，綜合性能優良的復合材料，更加具有實用意義和工業價值。

本發明提供的技術方案是：

一種石墨烯基阻隔復合材料，由下法制得：

①石墨烯的功能化修飾：首先將氧化石墨烯分散在去離子水中超聲分散，超聲分 散的時間為10分鐘～2小時，超聲頻率為20～100赫茲；然后在磁力攪拌下，加入偶 聯劑反應1～10小時，攪拌速度為100～3000轉/每分鐘，反應溫度為20～120℃；接 著加入還原劑，反應1～10小時；最后抽濾，產物用去離子水反復洗滌，在烘箱中20～ 120℃干燥5～20小時，即得功能化修飾的石墨烯；

②石墨烯基阻隔復合材料的制備：首先在溶劑中加入聚烯烴，機械攪拌0.5～5小 時，使其完全溶解，攪拌速度為100～3000轉/每分鐘；然后加入聚烯烴用量的 0.1wt％～10wt％的功能化修飾的石墨烯和0.01wt％～1wt％的引發劑，在50～120℃， 繼續攪拌1～10小時；接著抽濾，產品在烘箱中60～150C干燥10～30小時；最后用 平板硫化機壓制成片，即得石墨烯基納米阻隔復合材料。

上述偶聯劑為3-氯丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氯丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三 乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、三乙氧基硅烷、3-巰丙基三乙氧基硅烷、N-2-氨乙 基-3-氨丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、N-環己基-y-氨丙基甲基三甲氧基硅 烷、異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯、四異丙基二(二辛基亞磷酸酰氧基)鈦酸酯、3-縮 水甘油丙基三甲氧基硅烷、鈦酸酯偶聯劑、正鈦酸四丁酯中的一種或幾種。

本發明所選用的溶劑為乙醇、甲醇、四氫呋喃、二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺、 丙酮、甲苯、環己烷、氯仿、二氯亞砜、四氯化碳、去離子水、蒸餾水中的一種或幾 種。

本發明所用的還原劑為乙醇、異氰酸酯、水合肼、5wt％氫氧化鈉水溶液、氨水、 5wt％氫氧化鉀水溶液中的一種或幾種。