一種聚丙烯接枝氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及采用溶液法制備聚丙烯接枝氧化石墨烯扶著材料。采用3?氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES）對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行表面修飾后，與枝化聚丙烯、聚丙烯進(jìn)行共混反應(yīng)，利用修飾石墨烯的功能團(tuán)氨基與馬來(lái)酸酐（maleic?anhydride）枝化形成枝化聚丙烯（MAPP）中酸酐的作用，極大極高了氧化石墨烯在復(fù)合材料中分散性。該方法制備的復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度較聚丙烯與枝化聚丙烯提高了20%以上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種聚丙烯接枝氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于功能材料制備領(lǐng)域，具體涉及采用溶液法共混法制備聚丙烯接枝氧化石墨烯復(fù)合材料。將氧化石墨烯進(jìn)行功能化處理后再與枝化修飾過(guò)的聚丙烯進(jìn)行復(fù)合，能夠極大改善石墨烯在復(fù)合材料中因容易聚集導(dǎo)致的性能不穩(wěn)定狀況;通過(guò)控制復(fù)合材料中石墨烯的含量，能夠獲得拉伸強(qiáng)度具有明顯提高的聚丙烯/氧化石墨烯復(fù)合材料?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]聚丙烯(PP)材料因價(jià)格低廉、易于加工成型而在工業(yè)和生活中具有廣泛的應(yīng)用。 但力學(xué)、熱學(xué)性能的不穩(wěn)定性極大限制了其在相關(guān)領(lǐng)域的深入應(yīng)用，如何與具有特性功能材料的復(fù)合對(duì)現(xiàn)有的聚丙烯材料性能進(jìn)行改性，近年來(lái)受到諸多關(guān)注。相關(guān)研究成員已經(jīng)嘗試將聚丙烯與石墨、碳管及石墨烯等材料復(fù)合，改進(jìn)PP材料的相關(guān)性能。但成果有限。
[0003]作為最受關(guān)注的新型二維材料，石墨烯具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能。 但受限于巨大的比表面積和表面能造成的分散難、易于團(tuán)聚等技術(shù)問(wèn)題，石墨烯作為填充材料與聚合物復(fù)合的研究進(jìn)展一直較為緩慢。近年來(lái)得益于交叉學(xué)科的研究進(jìn)展，石墨烯表面功能化修飾改性領(lǐng)域取得了明顯突破，進(jìn)一步凸顯了其作為納米填充材料的應(yīng)用價(jià)值。
[0004]Bian Jun等采用膨脹氧化石墨烯與聚丙烯復(fù)合，極大地提高了聚丙烯材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性與拉伸強(qiáng)度，但膨脹石墨烯分散性差、結(jié)合力有限且制備結(jié)果重復(fù)性差等問(wèn)題并未解決。(Journal of Applied Polymer Science, 208(1)，600-610,2013)。[00〇5] Wang Ke等采用在復(fù)合物中添加還原基團(tuán)的方法，提高了石墨稀在復(fù)合材料中的分散性能，但該制備過(guò)程還原劑要求較高，且會(huì)降低復(fù)合材料的相關(guān)性能。(Colloid and Polymer Science，293(5)，1495-1503，2015)〇
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了聚丙烯接枝氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行功能化修飾后，利用修飾石墨稀的功能團(tuán)氨基與馬來(lái)酸酐(maleic-anhydride)枝化形成枝化聚丙稀(MAPP)中酸酐的作用，極大提高了石墨烯在復(fù)合材料中的分散性。該石墨烯功能化修飾過(guò)程直接可控，重復(fù)性高，對(duì)批量化生產(chǎn)具有重要的意義。
[0007]—種聚丙烯接枝氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下主要步驟:(1)采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行功能化修飾:將氧化石墨烯分散在甲苯溶液中，在300W功率下超聲清洗30分鐘；后加入APTES，回流攪拌8小時(shí)后，真空抽慮后采用二氯甲烷沖洗干凈，在真空50°C條件下干燥4小時(shí)待用；(2)采用溶液共混法獲得聚丙烯接枝氧化石墨烯復(fù)合材料:將步驟(1)中獲得的石墨烯溶入二甲苯溶液中，超聲處理2小時(shí)后獲得均勻的黑色懸浮溶液;加入定量的枝化聚丙烯，在120°C下加熱回流，待枝化聚丙烯溶解完全后，恒溫反應(yīng)一定時(shí)間；后加入聚丙烯和二甲苯的混合溶液，繼續(xù)反應(yīng)至聚丙烯完全溶解，對(duì)混合溶液進(jìn)行真空萃取，將獲得的材料真空干燥即可獲得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。
[0008]對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行功能化修飾時(shí)，氧化石墨烯與APTES的最佳比例為0.lg石墨烯配置 0.lmLAPTES。
[0009]枝化聚丙稀與聚丙稀的質(zhì)量比為1:1，聚丙稀接枝氧化石墨稀復(fù)合材料中氧化石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%_5%范圍內(nèi)。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的增益效果是:本發(fā)明中采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行表面修飾，通過(guò)功能基團(tuán)引入，與馬來(lái)酸酐(maleic-anhydride)枝化形成枝化聚丙稀的相互作用，能夠極大提高石墨烯在聚丙烯中的分散性，通過(guò)改變復(fù)合材料中石墨烯的含量，能夠獲得拉伸強(qiáng)度具有明顯提高的復(fù)合材料。該方法制備的復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度較聚丙烯與枝化聚丙烯提高了 2 0 %以上?！靖綀D說(shuō)明】
[0011]圖1:樣品應(yīng)力-應(yīng)變曲線對(duì)比，S1-S3為實(shí)施例1-3樣品，1為聚丙烯，2為枝化聚丙稀?！揪唧w實(shí)施方式】
[0012]下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。[〇〇13] 實(shí)施例1:將0.lg氧化石墨烯加入10mL甲苯溶液中，在300W功率下超聲30分鐘分散，加入 0.lmLAPTES溶液后，回流攪拌8小時(shí)后進(jìn)行真空抽濾。將所得固體采用二氯甲烷進(jìn)行沖洗后，在真空50 °C條件下干燥4小時(shí);將修飾過(guò)氧化石墨烯溶入100mL二甲苯溶液，300W功率超聲處理2小時(shí)候，稱(chēng)取4.95g枝化聚丙烯加入后，在120°C下加熱回流，當(dāng)加入物質(zhì)溶解完全后，恒溫反應(yīng)2小時(shí);繼續(xù)加入4.95g聚丙烯和100mL二甲苯繼續(xù)反應(yīng)至全部溶解，真空萃取混合溶液，將獲得的材料在真空40°C條件下干燥2小時(shí)待用即可獲得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。
[0014]實(shí)施例2:將0.2g氧化石墨烯加入20mL甲苯溶液中，在300W功率下超聲30分鐘分散，加入 0.2mLAPTES溶液后，回流攪拌8小時(shí)后進(jìn)行真空抽濾。將所得固體采用二氯甲烷進(jìn)行沖洗后，在真空50 °C條件下干燥4小時(shí);將修飾過(guò)氧化石墨烯溶入100mL二甲苯溶液，300W功率超聲處理2小時(shí)候，稱(chēng)取4.9g枝化聚丙烯加入后，在120° C下加熱回流，當(dāng)加入物質(zhì)溶解完全后，恒溫反應(yīng)2小時(shí);繼續(xù)加入4.9g聚丙烯和100mL二甲苯繼續(xù)反應(yīng)至全部溶解，真空萃取混合溶液，將獲得的材料在真空40°C條件下干燥2小時(shí)待用即可獲得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。
[0015]實(shí)施例3:將〇.5g氧化石墨烯加入50mL甲苯溶液中，在300W功率下超聲30分鐘分散，加入 0.5mLAPTES溶液后，回流攪拌8小時(shí)后進(jìn)行真空抽濾。將所得固體采用二氯甲烷進(jìn)行沖洗后，在真空50 °C條件下干燥4小時(shí);將修飾過(guò)氧化石墨烯溶入100mL二甲苯溶液，300W功率超聲處理2小時(shí)候，稱(chēng)取4.25g枝化聚丙烯加入后，在120°C下加熱回流，當(dāng)加入物質(zhì)溶解完全后，恒溫反應(yīng)2小時(shí)；繼續(xù)加入4.25g聚丙烯和100mL二甲苯繼續(xù)反應(yīng)至全部溶解，真空萃取混合溶液，將獲得的材料在真空40°C條件下干燥2小時(shí)待用即可獲得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚丙稀接枝氧化石墨稀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如下主要步 驟:(1)采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行功能化修飾:將氧化石墨 烯分散在甲苯溶液中，在300W功率下超聲清洗30分鐘；后加入APTES，回流攪拌8小時(shí)后，真 空抽慮后采用二氯甲烷沖洗干凈，在真空50°C條件下干燥4小時(shí)待用；(2)采用溶液共混法獲得聚丙烯接枝氧化石墨烯復(fù)合材料:將步驟(1)中獲得的石墨烯 溶入二甲苯溶液中，超聲處理2小時(shí)后獲得均勻的黑色懸浮溶液;加入定量的枝化聚丙烯， 在120°C下加熱回流，待枝化聚丙烯溶解完全后，恒溫反應(yīng)一定時(shí)間；后加入聚丙烯和二甲 苯的混合溶液，繼續(xù)反應(yīng)至聚丙烯完全溶解，對(duì)混合溶液進(jìn)行真空萃取，將獲得的材料真空 干燥即可獲得聚丙烯接枝氧化石墨烯的粉末。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種聚丙稀接枝氧化石墨稀復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 對(duì)氧化石墨稀進(jìn)行功能化修飾時(shí)，氧化石墨稀與APTES的最佳比例為0.lg石墨稀配置 0.lmLAPTESo3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種聚丙稀接枝氧化石墨稀復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于，枝化聚丙烯與聚丙烯的質(zhì)量比為1:1，聚丙烯接枝氧化石墨烯復(fù)合材料中氧化石墨烯 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%_5%范圍內(nèi)。
【文檔編號(hào)】C08K9/06GK106009282SQ201610515045
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】何丹農(nóng), 盧靜, 張彥鵬, 尹桂林, 葛美英, 金彩虹
【申請(qǐng)人】上海納米技術(shù)及應(yīng)用國(guó)家工程研究中心有限公司