[發明專利]一種石墨烯/PBO聚合物的制備方法

無效

• 申請號: 201210535068.0
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103013113A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 黃玉東;李艷偉;宋元軍;劉麗;胡楨;黎俊;孫德武;黎菁菁
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C08L79/04
• 分類號: C08L79/04;C08K3/04;C08G73/22
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 韓末洙

技術領域

本發明涉及一種聚合物的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的單層碳原子面材料，是碳的二維結構，是一種“超級材料”，是最薄卻也是最堅硬的納米材料，其厚度只有0.335納米，硬度超過鉆石，強度比世界上最好的鋼鐵還要高上100倍，重量幾乎為零。它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。

PBO全名聚對苯撐苯并雙惡唑，由聚合物PBO制備的PBO纖維是20世紀80年代美國為發展航天航空事業而開發的復合材料用增強材料，是含有雜環芳香族的聚酰胺家族中最有發展前途的一個成員，被譽為21世紀超級纖維。它的密度僅為1.56×10³拉伸強度高達5.8GPa，拉伸模量為280~380GPa，熱分解溫度高達650℃。由此可見，PBO纖維質輕而柔軟且具有超高強度、模量、耐熱性和抗燃性，特別是PBO纖維的強度不僅超過鋼纖維。但現在PBO纖維的性能和理論還有很大差距。所以，很多科學家致力于改性PBO聚合物，期望制備出更高強度與理論模量接近的PBO纖維，使其在更多應用上發揮作用。復合材料的性能的提高取決于石墨烯在聚合物基體的分布，好的分布能使其有很好的力傳遞。目前根據石墨烯和聚合物共混時的狀態，可將石墨烯/聚合物復合材料的制備方法分為熔融共混法、原位聚合法、溶液混合法、溶液混合法、乳液混合法，而現有的技術方法存在PBO聚合的分子量低的問題，限制了其在更多應用上發揮作用。

發明內容

本發明是要解決現有的技術方法存在PBO聚合的分子量低的問題，而提供了一種石墨烯/PBO聚合物的制備方法。

一種石墨烯/PBO聚合物的制備方法，具體是按照以下步驟完成的：

一、按照含石墨烯單體復合物與多聚磷酸的質量比為1：1.3~2，稱取含石墨烯單體復合物和多聚磷酸，將含石墨烯單體復合物和多聚磷酸放入捏合機中，在溫度為30℃~80℃、真空、氮氣保護條件下攪拌2h~3h，再以10℃/h～11℃/h的梯度升溫至100℃~120℃，攪拌4h~5h，控制轉速為45r/min~60r/min，得到混合溶液A；其中所述的含石墨烯單體復合物按照以下步驟進行制備：a、按照對苯二甲酸與NaOH的物質的量之比為1：2~2.1，稱取對苯二甲酸和濃度為0.25mol/L~4mol/L的NaOH水溶液，將稱取的對苯二甲酸和NaOH水溶液混合均勻，制得對苯二甲酸鈉水溶液；b、采用改性的Hummer法制備氧化石墨烯，再將氧化石墨烯分散到去離子水中，其中，分散頻率為40KHz~50KHz，分散時間為30min~40min，得到質量濃度為0.27g/L~1.00g/L的氧化石墨烯水溶液；c、按照步驟a得到的對苯二甲酸鈉水溶液與步驟b得到的氧化石墨烯水溶液的體積比為1：0.5~1，將對苯二甲酸鈉水溶液和氧化石墨烯水溶液混合均勻，再加熱至40℃~60℃，得到混合溶液B；d、將4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽溶于通氮氣的去離子水中，配制成濃度為0.125mol/L~2mol/L的4,6-二氨基間苯二酚鹽酸水溶液；e、按照步驟c得到的混合溶液B與步驟d制成的4,6-二氨基間苯二酚鹽酸水溶液的體積比為1：0.2~0.5，向混合溶液B中加入4,6-二氨基間苯二酚鹽酸水溶液，得到混合液，再將混合液在氮氣保護條件下加熱至70℃~95℃，保持10min~30min，再冷卻至室溫，抽濾，得到濾餅，將濾餅在溫度為-50℃~-60℃、真空度為8Pa~10Pa的條件下保持24h~48h，制備得到含石墨烯單體復合物；多聚磷酸中五氧化二磷的質量含量為81%~84%；

二、按照五氧化二磷與步驟一得到的混合溶液A的質量比為1.2~1.5：1，稱取五氧化二磷與混合溶液A，將五氧化二磷加入到混合溶液A中，再在氮氣保護條件下升溫至140℃~160℃，保持2h~10h，得到混合物；

三、將步驟二得到的混合物放入捏合機中，升溫至180℃~200℃，控制轉速為35r/min~45r/min，保持4h~5h，得到石墨烯/PBO聚合物。

本發明的有益效果是：本發明通過石墨烯的添加，提高了PBO聚合物體系的分子量，石墨烯/PBO聚合物的分子量提高至1.2×10⁴~3.0×10⁴。

本發明用于制備石墨烯/PBO聚合物。

附圖說明

圖1為實施例一制備的石墨烯/PBO聚合物和對比實驗制備的PBO聚合物的紅外光譜圖，其中，曲線“a”代表實施例一制備的石墨烯/PBO聚合物的紅外光譜曲線、曲線“b”代表對比實驗制備的PBO聚合物的紅外光譜曲線；