[發明專利]化學鍵接聚1?丁烯長鏈的石墨烯及其制備方法

在審

• 申請號: 201710156425.5
• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN106947037A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 朱孔營;于秀艷
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F210/08;C08L23/20;C08L51/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 王麗

技術領域

本發明涉及石墨烯材料領域，具體涉及一種化學改性的石墨烯及其制備方法。

背景技術

2010年諾貝爾物理學獎將石墨烯帶入了人們的視線。超高的機械強度、超大的比表面積、良好的柔韌性、優異的導熱導電性能，使石墨烯在很多應用領域被期待發揮重要作用。石墨烯與高分子材料的復合應用是重要的發展方向之一，用于改善高分子材料的導熱導電性能，或者提高力學性能。但是在實際應用中，石墨烯與高分子材料相容性差，在高分子基材中分散困難，容易發生團聚現象，使石墨烯的性能優勢在復合材料中的體現不夠理想。所以石墨烯在高分子材料中的分散問題，是高分子/石墨烯復合材料研究的關鍵所在。

本發明提供的化學鍵接聚1-丁烯長鏈的石墨烯材料，解決了石墨烯材料在聚1-丁烯基材中分散困難，相容性差的問題。通過在石墨烯表面化學鍵接聚1-丁烯長鏈的辦法，使石墨烯和聚1-丁烯可以通過簡單的物理共混的方法實現均勻分散，石墨烯和聚1-丁烯兩相之間沒有相分離界面。復合材料中石墨烯構成導熱導電網絡，導電導熱性能顯著提高，且力學性能優異。

發明內容

本發明的目的是提供一種化學鍵接聚1-丁烯長鏈的石墨烯材料及其制備方法。化學鍵接聚1-丁烯長鏈的石墨烯與聚1-丁烯材料具有良好的相容性，可以通過物理共混的方法得到聚1-丁烯/石墨烯復合材料。顯著提高聚1-丁烯材料的導熱性能和力學性能。

本發明的技術方案如下：

一種化學鍵接聚1-丁烯長鏈的石墨烯，其結構如下：

其中，

為石墨烯。

本發明的化學鍵接聚1-丁烯長鏈的石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

(1)首先配置乙醇與水為9:1的乙醇水溶液，再加入冰醋酸調節溶液的pH為5.5，然后加入硅烷偶聯劑KH570，超聲水解；再把水解好的溶液加入三口瓶中，加入石墨烯分散到乙醇水溶液中，在60～80℃下攪拌反應3～5h。反應完畢后使用超濾膜將得到的產物進行過濾，并將產物用無水乙醇洗滌3次，放入真空干燥箱中充分干燥，得到KH570改性石墨烯；

(2)將帶有回流冷凝裝置和磁力攪拌裝置的密閉反應器加入環己烷、KH570改性石墨烯、Ziegler-Natta催化劑充分攪拌，用氬氣充分置換，然后通入1-丁烯氣體，升溫至40～60℃，保持反應器的壓力為0.4～2MPa；在上述條件下，反應1～2小時，然后加入鹽酸終止反應，得到懸浮液；

(3)將懸浮液在離心機離心分離出固體沉淀物；用乙醇洗滌，在真空干燥箱干燥，得到化學鍵接聚1-丁烯長鏈的石墨烯。

其中，步驟(2)所述的使用的Ziegler-Natta催化劑是TiCl₃、Al(C₂H₅)₃，用量為Al/Ti比為2。

上述的化學鍵接聚1-丁烯長鏈的石墨烯材料，主要解決石墨烯材料在聚1-丁烯中的分散問題。石墨烯具有較大的比表面積，但是由于與聚1-丁烯材料的相容性差，石墨烯在聚1-丁烯中易發生團聚現象，并且石墨烯與聚1-丁烯兩相界面明顯，呈相分離狀態，導致力學性能改善效果較差。本發明采用石墨烯表面的羥基與硅烷偶聯劑KH570反應，在石墨烯表面化學鍵接入甲基丙烯酸基團。再用Ziegler-Natta催化引發1-丁烯分子在甲基丙烯酸基團處發生聚合反應，生成聚1-丁烯長鏈。通過這種方法將石墨烯表面化學鍵接入聚1-丁烯長鏈。這種化學鍵接聚1-丁烯長鏈的石墨烯與聚1-丁烯有很好的相容性，并且分散均一，通過共混工藝得到的聚1-丁烯/石墨烯復合材料具有良好的導熱性能和力學性能。

具體實施方式

實施例1

(1)首先配置乙醇與水為9:1的乙醇水溶液50ml，再加入冰醋酸調節溶液的pH為5.5，然后加入1.5ml硅烷偶聯劑KH570，超聲水解1h。再把水解好的溶液加入三口瓶中，加入5g石墨烯分散到乙醇水溶液中，在70℃下攪拌反應4h。反應完畢后使用超濾膜將得到的產物進行過濾，并將產物用無水乙醇洗滌3次，放入真空干燥箱中干燥5h，得到KH570改性石墨烯。