[發(fā)明專(zhuān)利]化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710156555.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106893181A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于秀艷;朱孔營(yíng);楊海軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 于秀艷
• 主分類(lèi)號(hào): C08L23/06
• 分類(lèi)號(hào): C08L23/06;C08L51/10;C08F292/00;C08F220/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專(zhuān)利代理事務(wù)所12201
• 代理人: 王麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯材料領(lǐng)域，具體涉及一種化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯及其制備方法。

背景技術(shù)

2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)將石墨烯帶入了人們的視線(xiàn)。超高的機(jī)械強(qiáng)度、超大的比表面積、良好的柔韌性、優(yōu)異的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，使石墨烯在很多應(yīng)用領(lǐng)域被期待發(fā)揮重要作用。石墨烯與高分子材料的復(fù)合應(yīng)用是重要的發(fā)展方向之一，用于改善高分子材料的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能，或者提高力學(xué)性能。但是在實(shí)際應(yīng)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(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，使石墨烯的性能優(yōu)勢(shì)在復(fù)合材料中的體現(xiàn)不夠理想。所以石墨烯在高分子材料中的分散問(wèn)題，是高分子/石墨烯復(fù)合材料研究的關(guān)鍵所在。

本發(fā)明提供的化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯材料，可以有效地解決石墨烯在聚乙烯基材中分散困難、相容性差的問(wèn)題。通過(guò)在石墨烯表面化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的辦法，使石墨烯和聚乙烯可以通過(guò)簡(jiǎn)單的物理共混的方法實(shí)現(xiàn)均勻分散，石墨烯和聚乙烯兩相之間沒(méi)有相分離界面。復(fù)合材料中石墨烯構(gòu)成導(dǎo)熱導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能顯著提高，且力學(xué)性能優(yōu)異。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯材料及其制備方法。化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯與聚乙烯材料具有良好的相容性，可以通過(guò)物理共混的方法得到聚乙烯/石墨烯復(fù)合材料，顯著提高聚乙烯材料的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯，其結(jié)構(gòu)如下：

其中，

為石墨烯。

本發(fā)明的化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯的制備方法，包括以下步驟：

(1)將帶有回流冷凝裝置和磁力攪拌裝置的密閉反應(yīng)器加入有機(jī)溶劑和石墨烯，用氮?dú)獬浞种脫Q，充分?jǐn)嚢柘律郎刂?0～70℃，在攪拌下滴入甲基丙烯酸2-異氰酸基乙酯和二月桂酸二丁基錫，在此溫度和攪拌條件下，反應(yīng)20～90分鐘，過(guò)濾得到固體產(chǎn)物；將固體產(chǎn)物用乙醇洗滌至少三次，在真空干燥箱干燥，得到表面化學(xué)鍵接甲基丙烯酸酯基團(tuán)的石墨烯；

(2)將帶有回流冷凝裝置和磁力攪拌裝置的密閉反應(yīng)器加入正己烷、表面化學(xué)鍵接甲基丙烯酸基團(tuán)的石墨烯、Ziegler-Natta催化劑充分?jǐn)嚢瑁玫獨(dú)獬浞种脫Q，通入乙烯氣體，然后升溫至60～90℃，保持反應(yīng)器的壓力為0.1～1.5MPa；在上述條件下，反應(yīng)1～4小時(shí)，然后加入乙醇終止反應(yīng)，得到懸浮液；

(3)將懸浮液在離心機(jī)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(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯。

其中，步驟(1)所述的有機(jī)溶劑為環(huán)己烷、甲苯或二甲苯。

其中，步驟(1)所述的二月桂酸二丁基錫的用量為甲基丙烯酸2-異氰酸基乙酯用量的0.01～0.2wt％。

其中，步驟(2)所述的使用的Ziegler-Natta催化劑是四氯化鈦、三乙基鋁，用量為Al/Ti比為2.5～3。

本發(fā)明提供了一種化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯及其制備方法。由二月桂酸二丁基錫作為催化劑，使石墨烯表面的羥基與甲基丙烯酸2-異氰酸基乙酯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使石墨烯表面化學(xué)鍵接甲基丙烯酸酯基團(tuán)；以四氯化鈦-三乙基鋁為催化劑，引發(fā)乙烯在石墨烯表面聚合成聚乙烯長(zhǎng)鏈。化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯與聚乙烯材料有良好的相容性，可以通過(guò)物理共混的方法，使石墨烯很好的分散在聚乙烯基材里，得到分散均勻的石墨烯/聚乙烯復(fù)合材料，顯著提高聚乙烯材料的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。

上述的化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯材料，主要解決石墨烯材料在聚乙烯中的分散問(wèn)題。本發(fā)明采用石墨烯表面的羥基與甲基丙烯酸2-異氰酸基乙酯反應(yīng)，在石墨烯表面化學(xué)鍵接上甲基丙烯酸基團(tuán)，再用Ziegler-Natta催化引發(fā)乙烯分子在甲基丙烯酸基團(tuán)處發(fā)生聚合反應(yīng)，生成聚乙烯長(zhǎng)鏈。通過(guò)這種方法將石墨烯表面化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈。這種化學(xué)鍵接聚乙烯長(zhǎng)鏈的石墨烯與聚乙烯有很好的相容性，通過(guò)簡(jiǎn)單的共混加工就可以實(shí)現(xiàn)石墨烯在聚乙烯中的均勻分散，得到的聚乙烯/石墨烯復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

(1)將帶有回流冷凝裝置和攪拌裝置的3L密閉反應(yīng)釜用氮?dú)獬浞种脫Q，加入1.8L甲苯和200g石墨烯，充分?jǐn)嚢柘律郎刂?0℃，在攪拌下緩慢滴入5g甲基丙烯酸2-異氰酸基乙酯和0.5mg二月桂酸二丁基錫，在此溫度和攪拌條件下，反應(yīng)90分鐘，過(guò)濾得到固體產(chǎn)物；將固體產(chǎn)物用乙醇洗滌至少三次，在真空干燥箱干燥，得到表面化學(xué)鍵接甲基丙烯酸基團(tuán)的石墨烯；