[發(fā)明專利]一種石墨烯改性聚烯烴彈性體復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711077441.1
• 申請(qǐng)日: 2017-11-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107652531A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧紅斌;阮英波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江山峪科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C08L23/08
• 分類號(hào): C08L23/08;C08K9/04;C08K3/04
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司32103
• 代理人: 馬明渡,楊超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種石墨烯改性聚烯烴彈性體復(fù)合材料及其制備方法。具體為十八胺在酸催化下接枝并還原氧化石墨烯制備十八胺功能化石墨烯，十八胺功能化石墨烯再與聚烯烴彈性體共混復(fù)合制備石墨烯改性聚烯烴彈性體復(fù)合材料。

背景技術(shù)

聚烯烴彈性體是乙烯和辛烯共聚得到的一類具有窄的分子量分布和較低結(jié)晶度的聚烯烴類彈性體材料，與聚烯烴相容性好，擠出和注塑過(guò)程中不易變形，具有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時(shí)因?yàn)闆](méi)有不飽和雙鍵，具有很好的熱穩(wěn)定性和耐候性。聚烯烴彈性體因其優(yōu)異的性能而被廣泛用于增塑改性劑、發(fā)泡材料和彈性體材料領(lǐng)域。為了進(jìn)一步提高聚烯烴彈性體的性能，拓展其應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，通常需要對(duì)其進(jìn)行改性。與無(wú)極填料復(fù)合制備復(fù)合材料是其中一種重要的改性手段。但由于聚烯烴彈性體的非極性和表面能低導(dǎo)致了它與無(wú)機(jī)填料的相容性差，很難通過(guò)簡(jiǎn)單共混得到無(wú)機(jī)填料分散良好的復(fù)合材料。

石墨烯具有由單層sp2雜化碳原子構(gòu)成的六方點(diǎn)陣蜂窩狀二維結(jié)構(gòu)，憑借其優(yōu)良的電學(xué)、光學(xué)、熱力學(xué)等性能在電子器件、導(dǎo)電油墨、透明導(dǎo)電膜以及聚合物復(fù)合物等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。特別是在聚合物復(fù)合物研究領(lǐng)域，石墨烯已經(jīng)成為重要的改性功能填料。然而，完美的石墨烯表面不含任何官能團(tuán)，片層間的范德華作用力使得其片層極易堆疊，這使得石墨烯片層極難剝離和分散。聚合物的熔融加工過(guò)程中，石墨烯聚集體被熔融的高粘的聚合物包裹，無(wú)法保證石墨烯在聚合物基體中的有效分散，使得石墨烯的優(yōu)異性能無(wú)法得到充分發(fā)揮。通過(guò)化學(xué)修飾的手段在石墨烯表面接上小分子、齊聚物或者聚合物鏈?zhǔn)翘岣呤┡c聚合物材料的相容性改善石墨烯分散性能的一種有效方法。如果能對(duì)石墨烯進(jìn)行適當(dāng)?shù)男揎?，增加其與聚烯烴的相容性，石墨烯將有望用于聚烯烴彈性體的改性中，顯著提高聚合物彈性體材料的性能。在酸催化條件下，氨基可以與氧化石墨烯表面的環(huán)氧基發(fā)生開(kāi)環(huán)加成反應(yīng)并同時(shí)還原氧化石墨烯，利用這一反應(yīng)特性，可以將十八胺接枝到石墨烯的表面并原氧化石墨烯得到十八胺功能化石墨烯。所得產(chǎn)物中大量長(zhǎng)烷基鏈的存在將顯著提高石墨烯片層與聚合物材料特別是聚烯烴類的相容性，為石墨烯在聚烯烴改性中應(yīng)用創(chuàng)造條件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服石墨烯片層與聚合物相容性差的難題，提供一種石墨烯改性聚烯烴彈性體復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明制備的石墨烯改性聚烯烴彈性體復(fù)合材料中石墨烯可以均勻分散在聚烯烴彈性體中，并且石墨烯的加入可以顯著提高聚烯烴彈性體的力學(xué)性能。本發(fā)明方法具有反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，適合大規(guī)模生產(chǎn)和工業(yè)化應(yīng)用。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的一種石墨烯改性聚烯烴彈性體復(fù)合材料的制備方法的技術(shù)方案是：該制備方法包括如下步驟：

步驟（1）十八胺功能化石墨烯的制備：在氧化石墨烯水溶液中加入酸調(diào)節(jié)溶液的pH值至pH < 5，在調(diào)節(jié)pH值后的溶液中加入十八胺的乙醇溶液，混合均勻后得混合溶液，再于25~100℃加熱條件下反應(yīng)2~72 小時(shí)；所得混合反應(yīng)液經(jīng)多次過(guò)濾和乙醇洗滌除去未反應(yīng)的十八胺，得到濕態(tài)十八胺功能化石墨烯；所述濕態(tài)十八胺功能化石墨烯經(jīng)40~80℃真空干燥12~48小時(shí)后，得到十八胺功能化石墨烯粉體。

步驟（2）石墨烯改性聚烯烴彈性體復(fù)合材料的制備：將步驟（1）所得的十八胺功能化石墨烯與聚烯烴彈性體按比例共混復(fù)合，得到石墨烯改性聚烯烴彈性體復(fù)合材料。

上述制備方法技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下：

1、上述方案中，所述步驟（1）中的氧化石墨烯水溶液中氧化石墨烯的濃度為0.1~20 mg/mL。

2、上述方案中，所述步驟（1）的混合反應(yīng)液中十八胺與氧化石墨烯的質(zhì)量比為（0.05~3）：1。

3、上述方案中，所述步驟（1）的混合溶液中溶劑乙醇與水的體積比為（0.5~2）：1。

4、上述方案中，所述步驟（2）的十八胺功能化石墨烯與聚烯烴彈性體的質(zhì)量比為（0.1~20）：100。

5、上述方案中，所述步驟（2）的十八胺功能化石墨烯與聚烯烴彈性體共混復(fù)合采用下述（a）或（b）的方法：

（a）溶液共混：將十八胺功能化石墨烯粉體加入到三氯甲烷中，攪拌并超聲分散0.5~5小時(shí)得到均勻分散的十八胺功能化石墨烯的三氯甲烷溶液；在所述十八胺功能化石墨烯的三氯甲烷溶液中加入聚烯烴彈性體，并在30~65℃加熱條件下溶解0.5~5小時(shí)得到十八胺功能化石墨烯和聚烯烴彈性體都均勻分散的三氯甲烷分散液；所述三氯甲烷分散液除掉溶劑，得到石墨烯改性聚烯烴彈性體復(fù)合材料；