[發明專利]一種石墨烯/木質素高分子復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201811022015.2
• 申請日: 2018-09-04
• 公開（公告）號: CN109294259A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 王梅;馬一飛;任晉;陳旭遠;肖連團;賈鎖堂
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: C08L97/00
• 分類號: C08L97/00;C08L67/04;C08K9/04;C08K3/04;C08J5/18
• 代理公司: 太原晉科知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14110
• 代理人: 任林芳

一種石墨烯/木質素高分子復合材料的制備方法，屬于復合材料制備方法技術領域，可解決現有石墨烯/高分子復合材料中石墨烯分散不均勻且石墨烯/高分子基體之間的界面連接弱的問題，本方法利用原位聚合法制備木質素聚己內酯縮聚物/改性氧化石墨烯（Lig?GO_m）復合薄膜，實現了石墨烯的均勻分散和界面的共價鍵連接。

技術領域

本發明屬于復合材料制備方法技術領域，具體涉及一種石墨烯均勻分散且界面以共價鍵連接的石墨烯/木質素高分子復合材料的制備方法。

背景技術

石墨烯自發現以來便被認為是世界上強度最高的的材料之一，是高分子復合材料的優良填充物。石墨烯增強復合材料是石墨烯應用領域中的重要研究方向，其在能量儲存、電子器件、生物材料、傳感材料和催化劑載體等領域展現出了優良性能, 具有廣闊的應用前景。目前在石墨烯增強復合材料制備方面具有兩個尚未解決的問題：一是石墨烯在高分子基體中難以均勻分散；二是石墨烯作為填充物和高分子基體之間的界面連接很弱。以上問題嚴重削弱了石墨烯復合材料的性質和應用范圍。因此需要一種可以使石墨烯均勻分散、界面之間以共價鍵連接的石墨烯/高分子復合材料的合成方法，從而獲得性能優良的石墨烯復合材料，推動石墨烯復合材料的應用與發展。

發明內容

本發明針對現有石墨烯/高分子復合材料中石墨烯分散不均勻且石墨烯/高分子基體之間的界面連接弱的問題，提供一種能使石墨烯/高分子復合材料中石墨烯均勻分散且界面以共價鍵連接的石墨烯/高分子復合材料的制備方法。

本發明采用如下技術方案：

一種石墨烯/木質素高分子復合材料的制備方法，包括如下步驟：

第一步，25℃下，將氧化石墨烯（GO）超聲分散在有機溶劑Ⅰ中，在保護氣氣氛下，攪拌至均勻分散，再加入4,4'-二苯基甲烷二異氰酸酯（MDI），繼續攪拌至均勻分散，得到混合溶液Ⅰ；

第二步，將混合溶液Ⅰ真空抽濾，依次用去離子水、二氯甲烷洗滌后，冷凍干燥，得到改性氧化石墨烯（GO_m）；

第三步，將改性氧化石墨烯超聲分散至有機溶劑Ⅱ中，離心，去除沉淀物后，得到改性氧化石墨烯分散液，沉淀物干燥后，稱重；

第四步，30-90℃條件下，在紙漿黑液中通入CO₂氣體30min至紙漿黑液的pH降至9，再繼續加入明礬水溶液，至pH降至4，在25℃條件下攪拌至混合均勻，得到混合溶液Ⅱ，將混合溶液Ⅱ過濾得到的沉淀物洗滌后，真空干燥，得到木質素；

第五步，45℃條件下，將木質素加入改性氧化石墨烯分散液中，攪拌30min至溶解，得到混合溶液Ⅲ，混合溶液Ⅲ降至25℃后，再分別加入ε-己內酯（CL）和癸二酰氯（SC），再將三乙胺（TEA）緩慢加入并加熱攪拌，得到混合溶液Ⅳ；

第六步，將混合溶液Ⅳ過濾得到的沉淀物洗滌后，真空干燥，得到Lig-GO_m（木質素聚己內酯縮聚物/改性氧化石墨烯）；

第七步，將木質素聚己內酯縮聚物/改性氧化石墨烯超聲分散至有機溶劑Ⅲ中，真空抽濾、干燥后，得到石墨烯/木質素高分子復合材料。

第一步中所述保護氣為氮氣或氬氣，保護氣氣氛下攪拌時間為0.3-3h，有機溶劑Ⅰ包括N'N-二甲基甲酰胺（DMF）、N'N-二甲基乙酰胺（DMAc）和氯仿中的一種或任意混合，濃度范圍為0.05-0.5mol/L，加入有機溶劑Ⅰ后的攪拌時間為12-48h，氧化石墨烯和有機溶劑Ⅰ的質量體積比為1g：250mL。

第二步中所述冷凍干燥時間為0.5-5天。

第三步中所述有機溶劑Ⅱ包括丙酮、氯仿和N'N-二甲基甲酰胺中的一種或任意混合，改性氧化石墨烯和有機溶劑Ⅱ的質量體積比為1g：250mL~1g：1250mL，離心轉速為1000-5000rpm，離心時間為3-30min。