[發明專利]一種改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合薄膜的制備方法

在審

• 申請號: 201510788354.1
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN105218845A
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 黃杰;楊云逸
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L33/12;C08K9/04;C08K3/04
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術領域

本發明屬于聚合物復合材料制備技術領域，具體涉及一種改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合薄膜的制備方法。

背景技術

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），通常被稱作有機玻璃，它的化學穩定性好，透光率高，溶解性能和成膜性能，機械性能高，安全無毒，價格低，且易于成型加工，廣泛用于航空、光學儀器、建筑等領域。但聚甲基丙烯酸甲酯本身質脆易開裂，熱穩定性較差，使得聚甲基丙烯酸甲酯及其復合材料在諸多領域的應用都受到限制。

石墨烯是一種新型的二維納米碳材料，具有優異的電性能、機械性能和熱性能等，因此，將其作為納米填料組分加入聚合物中，可以有效改善聚合物的電、機械和熱等性能。因此，這種方法將成為聚合物基納米復合材料領域的研究熱點和重點。然而，石墨烯的表面呈惰性狀態，與其他介質之間的相互作用弱，且石墨烯片層之間具有較強的范德華力，導致其親水、親油性都很差，這使得它在聚甲基丙烯酸甲酯基體中的分散性差且容易團聚，因而不能很好地與聚合物基體復合，這大大限制了石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合材料的進一步研究和應用范圍。

石墨烯的分散狀態對復合材料的性能會產生明顯影響，因此，石墨烯的分散性問題是石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合材料制備中的關鍵問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明利用改性劑對石墨烯進行修飾，從而提高和改善它在水和有機溶劑中的分散性，進而提供一種制備簡單、反應條件溫和、易于操控制且分散均勻的改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合薄膜的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）改性石墨烯的制備：先將氧化石墨烯分散在去離子水中，在常溫下超聲震蕩攪拌0.1-24h，得到濃度為0.01-3.0mg/mL的氧化石墨烯-水分散液；再將7-羥基-4-甲基香豆素加入到該氧化石墨烯-水分散液中，在20-50℃下攪拌0.1-10h；然后加入堿性溶液，攪拌0.1-12h，并調節pH值到9-10；再加入化學還原劑，在60-100℃下反應10-100h得到改性混合液；將該改性混合液抽濾得到固態物質，再依次用乙醇和去離子水洗滌所述的固態物質至中性；放置在大氣或者真空環境下，于40-80℃干燥至恒重，即得到改性石墨烯。

2）配制改性石墨烯-四氫呋喃分散液：將步驟1）得到的改性石墨烯加入到四氫呋喃中，攪拌0.1-10h，然后超聲震蕩0.1-24h，得到濃度為0.01-2.0mg/mL的改性石墨烯-四氫呋喃分散液。

3）制備薄膜：將聚甲基丙烯酸甲酯溶解于四氫呋喃中，得到質量濃度為1%-10%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液；將步驟2）得到的改性石墨烯-四氫呋喃分散液加入到上述聚甲基丙烯酸甲酯溶液中，攪拌0.1-5h，再用超聲震蕩0.1-24h，得到分散均勻的改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液；將上述石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液倒入器皿中，在大氣或真空環境下，于40-80℃下干燥至恒重，得到改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯復合薄膜；其中，改性石墨烯的質量分數為0.1%-15%。

進一步，步驟1）中所述的堿性溶液是濃度為0.1-2.0mol/L的氫氧化鈉溶液或質量分數為25%-28%的氨水溶液。

進一步，步驟1）中所述的氧化石墨烯、7-羥基-4-甲基香豆素、化學還原劑的質量比為1：1-50：1-60。

進一步，步驟1）中所述的化學還原劑為水合肼、維生素C或葡萄糖。

與現有的技術相比，本發明具有如下有益效果：

1、本發明選取的聚合物基體為聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），可以通過購買市售品或合成制備獲得，安全無毒，化學穩定性好。溶解性能好，成膜性能好，有利于加工制備。

2、本發明選取的改性劑為7-羥基-4-甲基香豆素，其分子含有羥基、酯基和共軛結構等，可以與氧化石墨烯中的羰基和羧基等含氧基團發生氫鍵和e-e等相互作用，通過被還原而得到的改性石墨烯中也含有羥基等基團，可以與聚甲基丙烯酸甲酯分子中的酯基產生氫鍵相互作用，有利于提高和改善石墨烯在聚甲基丙烯酸甲酯中的分散性，增強界面結合力。

3、本發明選取的改性劑為7-羥基-4-甲基香豆素，可以通過購買市售品或合成制備獲得，材料易于獲得，溶解性能好，化學穩定性好，成本低。

4、本發明選取的化學還原劑，可以通過購買市售品或合成制備獲得，材料易于獲得，溶解性能好，化學穩定性好，價格低廉。