[發明專利]利用苝酐非共價修飾石墨烯制備形狀記憶聚合物的方法

有效

• 申請號: 201710219363.8
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN106893059B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 趙良傳;徐旭;李裕琪;成競禎;葉丞東;陸紹榮;韋春
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C08G18/10
• 分類號: C08G18/10;C08G18/42;C08G18/73;C08G18/38;C08G18/66;C08K9/04;C08K3/04
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本發明公開了一種利用苝酐非共價修飾石墨烯制備形狀記憶聚合物的方法。將0.02克石墨烯加入到80毫升N?甲基吡咯烷酮中，超聲分散0.5~1h，再加入0.0037克醋酸鋅、0.0392克3,4,9,10?苝四甲酸二酐和0.0242克三羥甲基氨基甲烷，繼續超聲分散0.5~1h，然后在氮氣氛下于180℃反應10~14h，待反應結束后，將反應液倒入無水乙醇中沉析出料，過濾，所得濾出物經真空干燥，即為苝酐非共價修飾石墨烯，然后將苝酐非共價修飾石墨烯與HDI和聚己內酯二元醇進行反應，制得形狀記憶聚合物材料。本發明方法操作簡單，尤其是苝酐非共價修飾石墨烯的制備過程非常簡單，易于推廣，并充分利用了苝酐和石墨烯性能上的協同增強效應，使制得的形狀記憶聚合物材料具有優異的機械性能、形狀記憶性能和熱性能。

技術領域

本發明屬于高分子材料改性技術領域，特別涉及一種利用苝酐非共價修飾石墨烯制備形狀記憶聚合物的方法。

背景技術

石墨烯是由碳原子緊密堆積成的單層二維蜂窩狀晶格結構的一種炭質新材料，具有超大的比表面積、π-π共軛結構，作為理想的二維晶體材料，石墨烯表現出諸多優異的性能，其化學性質穩定、力學強度高、電學和熱學性質優良等。石墨烯這些獨特的性能，使其在傳感設備、復合材料、能量存儲設備、電子設備等領域有著廣闊的應用前景。研究發現，其楊氏模量為1100GPa，斷裂強度達到130GPa，遠遠高于鋼鐵的強度，被認為是目前世界上最薄、最硬的納米材料。但由于石墨烯比表面積大，容易發生堆疊，所以在聚合物基體中石墨烯分散性能較差。通過對石墨烯進行表面修飾和功能化，提高石墨烯的可控性，增強石墨烯納米片與聚合物基體之間的相互作用，進一步擴展石墨烯的應用范圍。

苝酐由于具有剛性較強的苝環結構，所以具有良好的耐熱、耐日曬、耐化學穩定性，用其對石墨烯進行表面修飾改性，可以拓寬石墨烯的應用領域，例如能夠用于制備綜合性能優異的形狀記憶聚合物材料，在形狀記憶聚合物材料中起到硬段作用，或者用作填料來制備環氧樹脂基復合材料，提高復合材料的耐熱性、導熱性及機械性能。

本發明以苝酐為主要原料，采用簡單的工藝對石墨烯進行非共價修飾，制得苝酐非共價修飾石墨烯，接著將其用于高性能形狀記憶聚合物的制備，充分利用了苝酐和石墨烯性能上的協同效應，同時拓寬了苝酐和石墨烯的應用領域。本思路未見文獻報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用苝酐非共價修飾石墨烯制備形狀記憶聚合物的方法。

具體步驟為：

(1)將0.02克石墨烯加入到80毫升N-甲基吡咯烷酮中，超聲分散0.5~1h，再加入0.0037克醋酸鋅、0.0392克3,4,9,10-苝四甲酸二酐和0.0242克三羥甲基氨基甲烷，繼續超聲分散0.5~1h，然后在氮氣氛下于180℃反應10~14h，待反應結束后，將反應液倒入無水乙醇中沉析出料，過濾，所得濾出物經真空干燥，得到紫黑色產物，即為苝酐非共價修飾石墨烯。

(2)將4.0g重均分子量為1000的聚己內酯二元醇放入圓底燒瓶中，在氮氣氛下加熱至80℃并磁力攪拌直至融化，然后加入20 ml N,N-二甲基甲酰胺和0.2 ml二月桂酸二丁基錫，將混合物加熱至105℃保溫20 min除水，再降溫至80℃，加入1.0 ml六亞甲基二異氰酸酯，于80℃下反應5h，制得含有端異氰酸酯聚氨酯預聚體的混合液。

(3)將0.07g步驟(1)制得的苝酐非共價修飾石墨烯加入到25ml N,N-二甲基甲酰胺中，超聲分散1h，制得苝酐非共價修飾石墨烯分散液。

(4)將步驟(3)制得的苝酐非共價修飾石墨烯分散液加入到步驟(2)制得的含有端異氰酸酯聚氨酯預聚體的混合液中，在氮氣氛中于80℃下攪拌反應14小時，然后一起倒入60℃下預熱過的模具中，在80℃下加熱固化16h，即制得形狀記憶聚合物材料。