[發明專利]一種改性氧化石墨烯聚合物復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201510352195.0
• 申請日: 2015-06-24
• 公開（公告）號: CN104910333B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 劉紅波;肖望東;張武英
• 申請（專利權）人: 深圳職業技術學院
• 主分類號: C08F283/10
• 分類號: C08F283/10;C08F283/00;C08F283/01;C08F292/00;C08F222/20;C08F222/14;C08F220/28;C08F2/48;C08K3/26;C08K3/08;C08K3/22
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙)44248
• 代理人: 于標

技術領域

本發明涉及石墨烯技術領域，尤其涉及一種改性氧化石墨烯聚合物復合材料及其制備方法。

背景技術

石墨烯是一種有著獨特性質的全新材料：它是目前世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，垂直入射的可見光只有很小一部分（2.3%）會被石墨烯吸收，而絕大部分的光都會透過去；它的導熱性能比已知的任何材料都要出色，導熱系數高達5300W/m·K，高于碳納米管和金剛石；常溫下其電子遷移率超過15000cm²/V·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10^-6Ω·cm，比銅或銀更低，為目前世上電阻率最小的材料。它又很致密，連氦原子（最小的氣體分子）也不能穿過去。石墨烯的拉伸模量(1.01TPa)和極限強度(116GPa)與單壁碳納米管相當，其質量輕，導熱性好且比表面積大(2630m²/g)。石墨烯雖然才出現十年左右的時間，但以其獨特的結構和優異的性能，在化學、物理和材料學界引起了轟動，也引起了國內外的研究熱潮。石墨烯已經展現了許多技術上的應用，這一點在物理學、化學、材料科學領域都是很難得的，一般的材料從實驗室走向實際生活都需要十幾年甚至幾十年的時間。

由于石墨烯結構完整，化學穩定性高，其表面呈惰性狀態，與其它介質的相互作用較弱，并且石墨烯片與片之間有較強的范德華力，容易產生聚集，使其在水及常見的有機溶劑中難于分散，這給石墨烯的進一步研究和應用造成了極大的困難，因此，對石墨烯表面進行化學修飾或改性提高其與有機材料的相容性和分散性尤為重要。

從石墨制備氧化石墨是應用氧化石墨烯的起點，氧化石墨可進一步用機械方法，如熱解膨脹或溶劑中超聲分散，制備穩定的準二維氧化石墨烯懸浮液。然后通過表面的修飾或改性增強其復合性能，從而實現氧化石墨烯在基體材料中的分散。在制備氧化石墨烯的基礎上，再對其表面進行化學修飾與改性以增強其與有機材料的相容性，有助于提高其在有機材料中的分散性，從而實現復合材料的特殊性能。目前，對氧化石墨烯的化學修飾與改性主要有非共價鍵修飾和共價鍵修飾兩種方法：

（1）非共價鍵修飾：氧化石墨烯具有大的P共軛體系，因而可與具有共軛體系的小分子或高分子通過P2P相互作用增強其溶解性能或者是分散到溶液體系。Hao等用四氰基苯醌作為氧化石墨烯的穩定化劑，獲得了能溶于水及有機溶劑(DMSO、DMF)的功能化石墨烯。非共價鍵修飾主要是利用氧化石墨烯中的共軛體系與其它有機材料中的共軛體系通過P2P相互作用增強其相容性，主要方式以共混為主，沒有化學上的交聯反應，這種方法很難保證氧化石墨烯在有機高分子材料中的納米級分散，也影響了氧化石墨烯在復合材料中的一些性能體現。

（2）共價鍵修飾：氧化石墨烯中含有羧基、羥基和環氧基等活性基團，其中羧基主要在氧化石墨烯片的邊緣處，而環氧基位于氧化石墨烯層面內，這些基團的存在，為氧化石墨烯的化學修飾與改性提供了良好的途徑。根據這些功能基團的化學反應性能，人們可以合成大量共價鍵合的氧化石墨烯衍生物，并發現其潛在的應用價值。具體的方法有：利用SOC1₂與氧化石墨烯表面的COOH功能團反應，再與長鏈的烷基胺或者長鏈的脂肪醇反應，生產酰胺或者酯；用烷基異氰酸酯對氧化石墨烯進行反應改性；通過重氮化反應修飾氧化石墨烯；偶聯劑的接枝改性；還有用疊氮化合物對氧化石墨烯進行化學修飾等。

從應用角度來說，共價鍵修飾氧化石墨烯比非共價鍵修飾氧化石墨烯在有機高分子材料中具有更好的分散性。但是，目前關于共價鍵修飾氧化石墨烯的研究主要集中在氧化石墨烯的表面接枝一段有機鏈段后，大部分只研究了改性后的氧化石墨烯在有機溶劑的分散穩定性，只有少量的研究是通過混合的方法將共價鍵修飾氧化石墨烯與高分子材料復合制備功能性材料。接枝的有機鏈段很少具有能繼續與其它材料進一步反應的官能團。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種改性氧化石墨烯聚合物復合材料。

本發明提供了一種改性氧化石墨烯聚合物復合材料，包括如下組分及其百分含量：

丙烯酸酯樹脂35～70；

活性稀釋劑10～30；

改性氧化石墨烯1～10；

填 料 3～10；

顏 料 0～7；

光引發劑1～8。

作為本發明的進一步改進，所述的丙烯酸酯樹脂包括環氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯中的一種或幾種的混合物。