[發明專利]一種氧化石墨烯/聚苯乙烯納米復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210313556.7
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102827315A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 史鐵鈞;張麗園;伍勝利
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C08F112/08
• 分類號: C08F112/08;C08F2/44;C08F2/22;C08K9/02;C08K3/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

一、技術領域

本發明涉及一種高分子復合材料及其制備方法，具體地說是以水為分散介質，以氧化石墨烯納米片為固體表面活性劑，在鹽的協同穩定作用下，簡單、有效的制備了穩定的Pickering乳液，經原位乳液聚合后，得到氧化石墨烯/聚苯乙烯納米復合材料。

二、背景技術

由于石墨烯在力學、量子和電學方面的特殊性質，近來石墨烯/聚合物復合材料的制備受到人們越來越多的關注。

氧化石墨被認為是大規模合成石墨烯的戰略起點，自1859年Brodie制備得到后，就得到了廣泛的研究。氧化石墨烯（GO）是氧化石墨進一步剝離后的單原子層物質（厚度為約1nm），是具有準二維結構的石墨烯的前軀體，與昂貴的富勒烯和碳納米管相比，其價格低廉，原料易得，有望成為聚合物納米復合材料的優質填料。在結構上，氧化石墨烯是由疏水性的未氧化的芳香族區域的基面（基面上含有許多羥基基團和環氧基基團）和親水性的羧基基團的邊緣組成，從中央到邊緣呈現疏水至親水的性質分布(Lerf，A.,et?al.Structure?of?graphite?oxide?revisited.J.Phys.Chem.B,1998,102:4477-4482)。氧化石墨烯納米片因具有可離子化的邊緣：-COOH基團，使得其在水中具有優越的分散性，長期以來GO也因此被人們視為親水性物質，但是近期的研究結果表明，GO實際上具有兩親性，能夠降低界面間的能量，起到界面活性劑的作用。如：Huang用簡單的搖震的方法(Jiaxing?Huang,et?al.Graphene?oxide?sheets?at?interfaces.J.Am.Chem.Soc.,2010,132:8180-8186)以及Sharif等使用高功率超聲法(Sharif，F.,et?al.Self?assembly?of?graphene?oxide?at?the?liquid–liquid?interface:A?new?route?to?the?fabrication?of?graphene?based?composites.Soft?Matter,2011,7:3432-3440)制備出了Pickering乳液和相應的氧化石墨烯/聚合物復合材料，但在操作上和能耗等方面離實際工業生產還有一定的差距。

目前，氧化石墨烯與聚合物的復合主要是采用機械混合的方法：一般先在一定的條件下合成出高分子材料，然后再將其添加到氧化石墨烯片層中，進行機械混合。該方法的缺點是氧化石墨烯片與聚合物的無力結合界面狀況不佳，且分散性不均勻。這使得氧化石墨烯/聚合物復合材料中的單一材料的性能，尤其是氧化石墨烯的特性，很難在復合材料中較好發揮，復合材料的綜合性能不高；另外該方法操作步驟繁瑣、制備條件較苛刻，從而限制了其進一步的工業應用。

三、發明內容

本發明旨在提供一種氧化石墨烯/聚苯乙烯納米復合材料及其制備方法，所要解決的技術問題是提高氧化石墨烯作為固體表面活性劑使用時的乳化能力，促進其在油/水界面上的吸附，得到穩定的Pickering乳液，并用于聚合反應。

本發明通過鹽的復配作用，降低片狀固體表面活性劑（氧化石墨烯納米片）的表面電位，從而促進氧化石墨烯納米片在油/水界面上的吸附，得到穩定的Pickering乳液，并用于聚合反應。

本發明解決技術問題采用如下技術方案：

本發明氧化石墨烯/聚苯乙烯納米復合材料，其特征在于：所述復合材料是以水為分散介質、以氧化石墨烯為固體表面活性劑、以苯乙烯為聚合單體，在鹽的協同穩定作用下通過原位乳液聚合的方法得到的氧化石墨烯/聚苯乙烯納米復合材料；

其中氧化石墨烯和苯乙烯的質量比為0.03-0.5:1.0-10；

所述鹽選自氯化鈉、氯化鉀或氯化銨。

本發明氧化石墨烯/聚苯乙烯納米復合材料的制備方法，包括氧化石墨烯的制備、Pickering乳液的制備、聚合以及后處理各單元過程：