[發(fā)明專利]超濃苯丙乳液制備石墨烯/苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯復合導電材料的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410173267.0
• 申請日: 2014-04-28
• 公開（公告）號: CN103951778A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈少晉;李榮毅;張臻麒;江平開;侯嘯天;田玲
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學
• 主分類號: C08F212/08
• 分類號: C08F212/08;C08F220/16;C08F226/06;C08K9/04;C08K9/02;C08K3/04
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超濃苯丙乳液制備石墨烯/苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯復合導電材料的方法與新型導電高分子材料及多功能聚合物復合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在2004年，康斯坦丁·諾沃消洛夫（Kostya?Novoselov）和安德烈·蓋姆（AnderGeim）發(fā)現(xiàn)了石墨烯（Graphene），并用微機械應用技術(shù)將其制備。從此石墨烯作為最為理想的二維納米材料得到廣泛關(guān)注。石墨烯是有碳原子六元環(huán)緊密構(gòu)成的二維晶體，具有重復周期的蜂窩狀點陣結(jié)構(gòu)，它可以翹曲成零維的富勒烯，卷成一維的碳納米管或者堆積成三維的石墨。石墨烯具有密度小、比表面積大、性質(zhì)穩(wěn)定、環(huán)境友好等特點，從而在力學、電學、光學等方面具有獨特而優(yōu)異的性能，如溫室下的量子霍爾效應（QHE）、雙極性電場效應、溫室下具有高載流子遷移率（1000cm²V^-1s^-1）、大的理論比表面積（2630m²g^-1）、良好的光透性（~97.7%）、和出色的導熱系數(shù)（3000—5000Wm^-1K^-1）等。?

石墨烯可以作為超級電容器電極材料使用，其具有極高的比表面積（高達2630cm²g^-1），實驗室測得單層石墨烯的比電容值為21μFcm^-2，換算可得石墨烯的比電容值550Fg^-1，遠遠高于其他炭材料所制得的雙電層電容器。并且，石墨烯優(yōu)異的導電、導熱性能能夠有效降低電極材料的內(nèi)電阻，同時利于及時釋放大電流充電放電過程中產(chǎn)生的熱量。

石墨烯與聚合物的非共價鍵復合與共價復合相比較，其特點是簡單易行，且不會破壞石墨烯固有的結(jié)構(gòu)特點，從而最大程度地保持其本征特性。例如石墨烯和聚苯胺的復合材料，不僅兼有石墨烯的高導電率和聚苯胺的高電容率，同時還具備很好的柔韌性，從而使得這種復合材料在超級電容器及電極材料領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。同時，還可以利用石墨烯開發(fā)新型導電高分子材料、多功能聚合物復合材料和高強度多孔陶瓷材料等。

另外，在不同比例的GNs混合填料下，聚偏氟乙烯（PVDF）有著不同的熱導系數(shù)，在45wt%的填充下，可以達到最大值0.66W/m·K；僅質(zhì)量分數(shù)0.7%的GO就可以使得聚乙烯醇（PVA）復合材料的拉伸強度和拉伸彈性模量分別提高62%。不僅如此，石墨烯在用于環(huán)氧樹脂（EP）、聚氯乙烯（PVC）、和聚丙烯（PP）等填充時，可以大幅度提高材料的熱導率。

目前制備聚合物/石墨烯復合材料的方法有熔融共混法、溶液混合法和原位聚合法。其中原位聚合法是是將石墨烯在單體中均勻分散，經(jīng)引發(fā)劑的引發(fā)，使得聚合物單體在石墨烯片層之間聚合，從而制得聚合物/石墨烯的復合材料。例如聚苯胺、聚苯乙烯、聚酰胺和硅橡膠等體系有報道用原位聚合的方法獲得納米復合材料。本發(fā)明就是利用原位聚合法制備復合材料，在整個聚合物過程中，石墨烯會在聚合物單體中被剝離、分散得較為均勻，能夠達到分子級水平。

苯丙乳液為含有苯乙烯和丙烯酸酯或官能團丙烯酸酯類單體進行的乳液聚合產(chǎn)物，具有無毒無味、不燃不爆、污染小、粘結(jié)強度高、耐候性好、耐光、耐腐蝕性等特點，因其具有優(yōu)良的性能，廣泛應用于涂料、造紙、皮革以及油墨等方面，用量與日俱增。

本發(fā)明以苯丙乳液為基體，石墨烯為填料，制備一種新型的導電復合導電材料，并對其性能進行初步的研究和探討。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種超濃苯丙乳液制備石墨烯/苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯復合材料的方法。

本發(fā)明方法的特征是具有以下的過程和步驟：

a.首先利用K₂S₂O₈和P₂O₅對本體石墨進行預氧化處理，將5g?K₂S₂O₈?和5gP₂O₅與24ml的濃H₂SO₄放入1L三口瓶中，再加入6g的石墨粉，80℃水浴回流攪拌4h，然后緩慢加入到裝有1000mL去離子水的大燒杯中，靜置過夜，洗滌干燥。