[發(fā)明專利]一種導(dǎo)電的高強(qiáng)度的聚合物接枝石墨烯層狀纖維的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210456138.3
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN102926020A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高超;寇亮
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: D01F6/50
• 分類號: D01F6/50;D01F6/94;D01F6/52;D01F6/44;D01F1/09
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聚合物接枝的石墨烯層狀纖維，尤其涉及一種導(dǎo)電的高強(qiáng)度的聚合物接枝石墨烯層狀纖維的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是一層由碳原子以sp²雜化相連接而形成的二維材料。從2004年被英國的A.?K.?Geim?(K.?S.?Novoselov,?et?al.?Science,?2004,?306,?666-669)發(fā)現(xiàn)至今已引起科學(xué)和工業(yè)界廣泛的關(guān)注。這種材料具有已知材料最高的強(qiáng)度（Science,?2008,?321,?385-388），優(yōu)異的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。以天然石墨為原料，石墨烯的批量生產(chǎn)可以通過化學(xué)氧化-還原法來實(shí)現(xiàn)（V.?C.?Tung,??et?al.?Nat.?Nanotechnol.,?2009,?4,?25-29）。通過化學(xué)氧化法制備的石墨烯前驅(qū)體，即氧化石墨烯有著豐富的含氧官能團(tuán)，這些官能團(tuán)可以和其他小分子或者聚合物形成強(qiáng)烈的氫鍵，進(jìn)而使這些小分子或聚合物緊緊的吸附在其表面。現(xiàn)今，制備石墨烯及石墨烯復(fù)合材料成為材料科學(xué)中的熱點(diǎn)，2011年浙江大學(xué)的高超教授成功的將石墨烯紡成纖維（Z.?Xu,?C.?Gao,?Nat.?Comms.,?2011,?2,?571），從而為石墨烯的材料制備開拓了一條新途徑。但是，迄今為止，利用氫鍵將聚合物接枝到石墨烯表面進(jìn)而制備聚合物石墨烯層狀復(fù)合材料纖維尚未能得到實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的技術(shù)不足，提供一種導(dǎo)電的高強(qiáng)度的聚合物接枝石墨烯層狀纖維的制備方法。

導(dǎo)電的高強(qiáng)度的聚合物接枝石墨烯層狀纖維的制備方法包括以下步驟：

1）將1重量份的氧化石墨烯原料溶于50～5000重量份的溶劑，在1～50Hz的超聲浴中處理0.1～1小時(shí)，得到氧化石墨烯分散液；

2）將1～20重量份的聚合物溶解于20～80000重量份的溶劑，得到澄清的聚合物溶液；

3）將步驟1）中得到的氧化石墨烯分散液加入到步驟2）中聚合物溶液中，邊攪拌邊加入，完全加入后繼續(xù)攪拌0.1～48小時(shí)，加入還原劑，使氧化石墨烯還原為石墨烯；?

4）將步驟3）中反應(yīng)液離心處理，洗去游離的聚合物，得到聚合物接枝的石墨烯溶膠；并轉(zhuǎn)入紡絲裝置中，從直徑為5～1000μm紡絲頭中連續(xù)勻速擠出，進(jìn)入凝固液中停留1s～100h成型后收集到滾軸上，得到連續(xù)的聚合物接枝石墨烯層狀纖維。

所述的溶劑是：水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇或乙二醇中的一種或多種。

所述的聚合物是聚乙烯醇、聚乙二醇、羧甲基纖維素鈉、羥乙基纖維素、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸羥乙酯、N-異丙基丙烯酰胺、聚酰胺或聚丙烯酰胺。

所述的還原劑是肼、甲基肼、苯肼、NaOH、KOH、氨水或氫碘酸。

所述的凝固液是氯化鈣水溶液、氫氧化鈉水溶液、硫酸鈉水溶液、氯化鈣水溶液、硝酸鈉水溶液、硝酸鈣水溶液、磷酸鈉水溶液、氯化銨水溶液、氨水、丙酮、甲醇、乙醇、四氫呋喃或乙酸乙酯中的一種或多種。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果：

1）原料采用氧化石墨烯，原料易得、成本低；

2）直接利用氧化石墨烯表面的氫鍵進(jìn)行聚合物功能化，不需要除氧，不需要加入催化劑等，功能化過程變得極為簡單。

3）采用溶液紡絲的方法制備了聚合物接枝石墨烯層狀纖維，操作簡便；

4）制得的聚合物接枝石墨烯層狀纖維有著很好的強(qiáng)度和韌性；

5）制得的聚合物接枝石墨烯層狀纖維有著較好的的導(dǎo)電性。

附圖說明

圖1（a）是聚合物接枝石墨烯層狀纖維纏繞在滾軸上的數(shù)碼相機(jī)照片；

圖1（b）是聚合物接枝石墨烯層狀纖維的數(shù)碼相機(jī)照片；

圖2是聚合物接枝石墨烯層狀纖維的橫截面的掃描電鏡照片，從圖中可以看出聚合物接枝石墨烯層狀纖維的直徑為30-50μm,并且可以看到非常明顯的層狀結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

導(dǎo)電的高強(qiáng)度的聚合物接枝石墨烯層狀纖維的制備方法包括以下步驟：

1）將1重量份的氧化石墨烯原料溶于50～5000重量份的溶劑，在1～50Hz的超聲浴中處理0.1～1小時(shí)，得到氧化石墨烯分散液；

2）將1～20重量份的聚合物溶解于20～80000重量份的溶劑，得到澄清的聚合物溶液；