[發明專利]一種石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺及其制備方法

在審

• 申請號: 202011629738.6
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112851958A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 馬宏明;蔣炎;黃榮慶;羅振揚;曹建鵬;姜文靜;朱偉
• 申請（專利權）人: 常州恒利寶納米新材料科技有限公司
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;C08G69/36;D01F6/96;C08J5/18;C08L87/00
• 代理公司: 南京思拓知識產權代理事務所(普通合伙) 32288
• 代理人: 苗建

本發明公開了一種石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺及其制備方法，屬于石墨烯改性聚酰胺技術領域。本發明的改性半芳香聚酰胺的制備方法首先是將二元酰氯和二元胺反應生成小分子芳香族聚酰胺；然后將石墨烯、小分子芳香族聚酰胺、己內酰胺及助劑投入反應釜中，進行開環/縮聚平衡反應，產物經后處理得到石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺。產品的剛性和強度較普通聚酰胺產品強度有著明顯優勢，耐熱性能得到明顯提升。

技術領域

本發明屬于石墨烯改性聚酰胺技術領域，具體地說，涉及一種石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺及其制備方法。

背景技術

石墨烯是由碳原子以SP²雜化軌道組成的六角形呈蜂巢狀的平面二維結構材料。2004年，Novoselov和Geim首次利用微機械剝離法發現了石墨烯材料，其厚度約為一個碳原子的厚度(0.34nm)，是目前已知最薄的材料。石墨烯的發現，豐富了碳材料的種類：一維的有碳納米管，二維的有石墨烯，三維的有石墨、金剛石等。

石墨烯主要的性能包括：比表面積高，可達到2600m²/g；硬度高，楊氏模量超過1000GPa，是目前已知最硬材料；熱導率高，可達到5000W/mK；電荷遷移速度快，可達到2.5×10⁵cm^-2/Vs，并且還具有一些獨特的性能,如完美的量子隧道效應、半整數量子霍爾效應。由于以上的優異性能，石墨烯在電子儀器、生物醫療、能源等領域得到廣泛的研究和應用。

聚酰胺，又稱尼龍，它是大分子主鏈的重復單元中含有酰胺基團的高聚物的總稱。目前大量生產和使用的尼龍主要是脂肪族尼龍，一般說來，脂肪族尼龍具有結晶速度快、結晶度高、良好的柔韌性和較高機械強度等優點，這使得以尼龍6、尼龍66、尼龍1010和尼龍1212所代表的結晶聚酰胺已被作為纖維和通用工程塑料獲得了廣泛的應用。但這些尼龍的使用溫度一般都不超過80℃，在環境濕度較大時，還會因吸水導致材料體積發生較大變化，力學性能下降，使得它們在耐熱性和尺寸穩定性要求較高的領域內應用受到限制，如近年來發展起來的電子部件表面安裝技術和要求良好耐熱性的汽車發動機室部件。因此市場還不斷要求開發出具有良好耐熱性、較好尺寸穩定性和機械性能的尼龍材料。

公開日為2012年12月5日的中國專利2011101452375公開了一種半芳香族聚酰胺短纖維增強復合材料及其制備方法。該發明公開的復合材料包括以下組分和重量百分含量：樹脂為60-90％，半芳香族聚酰胺短纖維為10-40％。該發明公開的復合材料的制備方法包括以下步驟：將60-90％的干燥樹脂及10-40％的半芳香族聚酰胺短纖維，在轉速為500-2000rpm的高速混合機中預混2-10min，將預混物經過螺桿擠出機熔融、擠出、水浴冷卻、造粒，制得半芳香族聚酰胺短纖維增強復合材料。但該專利技術的半芳香族聚酰胺短纖維的添加量大，成本較高，不適于實際應用。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺材料，在添加較少量的半芳香聚酰胺時就可以明顯提升產品性能。本發明的另一目的在于提供該復合材料的制備方法。

為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：

一種石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺，結構式為：

其中，-NH-Graphene-NH-為氨基功能化石墨烯；

R₁、R₂、R₃為取代基；

R₁或R₂中含有芳基和亞甲基。

一種石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺的制備方法，首先將二元酰氯和二元胺反應生成小分子芳香族聚酰胺；然后將石墨烯、小分子芳香族聚酰胺、己內酰胺及助劑投入反應釜中，進行開環、縮聚平衡反應，產物經后處理得到石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺。