[發明專利]基于三維石墨烯改性的塑料復合材料及其制備

有效

• 申請號: 201610705244.9
• 申請日: 2016-08-22
• 公開（公告）號: CN106349658B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 段曦東;趙濤楠;毛志浩
• 申請（專利權）人: 廣東納路納米科技有限公司
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08L25/06;C08L23/06;C08L77/02;C08L23/12;C08L55/02;C08L81/02;C08K9/02;C08K9/00;C08K7/24;C08K3/04;B29C47/92
• 代理公司: 廣州番禺容大專利代理事務所(普通合伙)44326
• 代理人: 劉新年

技術領域

本發明涉及材料技術領域，具體涉及一種基于三維石墨烯改性的塑料復合材料及其制備。

背景技術

隨著工業生產和科學技術的發展，人們對導熱材料綜合性能的要求也越來越高，傳統的金屬、陶瓷等材料已無法滿足某些特殊場合的需求，如化工生產和廢水處理中使用的熱交換器，既需要材料具有導熱能力，又要求其耐化學腐蝕；在電子電路中使用大功率管，其底部就需要絕緣的散熱器件。另外有色金屬資源緊張，有必要開發一種可代替金屬鋁、銅的導熱材料。導熱塑料由于具有穩定的化學性質、質輕且堅固、優良的力學及抗疲勞性能、良好的加工性能、低廉的價格，在工業生產中得到大量的應用，逐漸成為導熱領域的新角色。但作為導熱材料，純的塑料一般是不能勝任的，因為塑料大多是熱的不良導體，通常熱傳導率只有0.2W/(m·K)。

導電塑料具有塑料的密度，同時具有金屬的導電性和塑料的可加工性，此外還具備金屬和塑料所欠缺的電化學性能，以應用于抗靜電、電磁屏蔽、彩色顯示、微波吸收及電化學等領域。導電塑料一般可分為結構型和復合型，結構型導電塑料是本身具有導電性或經化學改性后具有導電性的塑料，由于這一類塑料的生產成本高、工藝難度大，至今尚無大量生產；復合型導電塑料是指經物理改性后具有導電性的塑料，一般以某種樹脂為基體，加入具有優異導電性能的填料及其他添加劑復合而成。復合型導電塑料因具有重量輕、易成型、總成本低并且可以在較寬范圍內調節導電性能等優點，使其較結構型導電塑料的研究和應用更為成熟，不少品種已工業化生產。但常規復合型導電塑料由于導電填料添加量不足，無法滿足高端電氣設備加工需要，但添加大量導電填料，又會造成機械性能降低，限制其在精密電器元件中的大規模使用。

發明內容

有鑒于此，有必要針對上述的問題，提供一種既具有良好的導電性，又具有優異導熱性能，且方便機械加工的基于三維石墨烯改性的塑料復合材料及其制備。

為實現上述目的，本發明采取以下的技術方案：

本發明的基于三維石墨烯改性的塑料復合材料，包括質量百分含量為95％-99.9％的塑料基材和0.1％-5％三維石墨烯。

進一步的，所述塑料基材包括PA、PE、PP、PVC、POM、PC、PMMA、ABS、PS、PPS、尼龍66、EP、PF、PTFE、PVDF、PPA、PEEK、HDPE、LCP、PVA、PE-RT、TPE中的一種。

進一步的，所述的三維石墨烯具有亞微米至數微米的三維連通多孔網絡。

一種基于三維石墨烯改性的塑料復合材料的制備，包括：

步驟1)通過改進的Hummers方法制備氧化石墨烯；

步驟2)三維石墨烯的制備：將步驟1)制備的氧化石墨烯超聲分散在超純水中，濃度為1-2mg/ml，之后轉移到反應釜中160-200℃反應20-24h，水洗，得到三維還原氧化石墨烯水凝膠，冷凍干燥；

步驟3)將步驟2)制得的三維石墨烯和塑料基材在高速攪拌機中混合2-15min，再加入雙螺桿擠出機中共混造粒，擠出機溫度設定在170-280℃，制得三維石墨烯改性的塑料復合材料。

進一步的，所述改進的Hummers方法制備氧化石墨烯，包括預氧化和氧化和剝離；

所述預氧化為：將質量份為1份的天然石墨、3-10份濃硫酸、0.5-0.9份的K₂S₂O₈及P₂O₅混合加熱至80℃，反應6h，用超純水清洗至中性得到預氧化石墨；

所述氧化為：0℃下，將預氧化石墨與6-20份的濃硫酸混合，在攪拌下逐漸加入1-3份的KMnO₄，在此過程中控制混合物溫度在20℃以下；再將混合物升溫至35℃，攪拌2h后，加入20-50份超純水，繼續攪拌15min，最后加入40-150份超純水結束反應；接著，加入2份30％H₂O₂，將混合物用10％HCl離心清洗以除去多余的金屬離子，得到的沉淀用超純水反復離心清洗至溶液呈中性；

剝離：為了剝離氧化石墨，得到的產物用400w的細胞粉碎儀超聲30min，13000rpm離心取上清液，90℃溫度下進行24h干燥，得到黑棕色的氧化石墨烯。

本發明的有益效果為：

(1)三維石墨烯具有自支撐結構，柔韌性、多孔性、高活性表面積等獨特的性質，易與基體緊密接觸，在樹脂中有良好的分散性；