[发明专利]原位悬浮聚合制备石墨烯-聚氯乙烯纳米复合树脂的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种聚合物纳米复合材料的制备方法，具体涉及一种原位悬浮聚合制备石墨烯-聚氯乙烯纳米复合材料的方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种碳元素存在形态，与碳纳米管，富勒烯，金刚石等同属碳元素的同素异形体。2004年由英国的A.K.Geim通过胶带法剥离天然石墨制得。其所做的工作于2010年获得了诺贝尔物理学奖。石墨烯是一层由碳原子以sp2杂化轨道共价键形式连接而成的，二维结构的碳原子层。厚度为0.34nm。

是目前发现的最薄的纳米材料。人们通过计算发现，石墨烯也是目前世界上力学强度最高的材料，其在常温下的杨氏模量高达1000GPa，拉伸强度高达180GPa；即使是在3000K的高温下，其杨氏模量依然达700GPa，拉伸强度依然在80GPa左右。远远高于目前最强的碳纤维和杂环芳纶材料。

在具有极优异的力学性能的同时，石墨烯还具备极好的电学性能，马里兰大学纳米技术与先进材料中心的Michael.S.Fuhrer领导的课题小组通过实验证明，石墨烯的电子迁移率不随温度而改变。在50～500K温度下都达到150，000cm2/(V.s)。比硅材料高两个数量级。

毫无疑问石墨烯是一种力学电学性能都很优异的材料，是聚合物改性的理想纳米级填充料。其在聚合物基材当中均匀分散后，将可以大幅度提高聚合物基材的力学，电学和热学性能。有实验证明添加0.05%～0.15%的石墨烯有效组分，可以使聚合体基材的拉伸强度提高50～200%，维卡软化点和热分解温度提高30～100℃。但是石墨烯由于其自身的特殊几何结构，导致其在聚合物基材当中通过普通的熔融共混方法难以达到纳米尺度上的均匀分散，从而使得混合效果大打折扣。而采用溶剂共混法一则工艺需要大量有机溶剂不环保，二则工艺能耗高过程长收率低几乎无法工业化。因此，如何使石墨烯在聚合物基材当中达到纳米尺度的分散是一个极具挑战性的课题。

发明内容

本发明针对现有的石墨烯-聚氯乙烯纳米复合材料制备方法的不足之处做了重大改进，从而使得石墨烯在聚氯乙烯基材当中分散更加均匀，所制得材料性能有更大的提高。

本发明的技术方案为：一种原位悬浮聚合制备石墨烯-聚氯乙烯纳米复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)氧化石墨烯分散液的制备；

(2)氧化石墨烯与氯乙烯或与氯乙烯和功能单体混合物的原位悬浮聚合；

(3)复合材料浆料的后处理，制得粉体树脂。

进一步地，步骤（1）中采用超声法或机械法制备，超声法：将0.1～20份重量的膨胀氧化石墨烯，加入含有0.5～20份重量的分散剂的10～1000份重量的去离子水当中，在温度5～100℃下，超声分散20～360min，超声分散的功率为100～1000W，频率为10000～30000Hz，即可制得氧化石墨烯分散液；机械法：将0.1～20份重量的膨胀氧化石墨烯，加入含有0.5～20份重量的分散剂的10～1000份重量的去离子水当中进行机械研磨20～360min，即可制得氧化石墨烯分散液。

进一步地，步骤（2）中氧化石墨烯与氯乙烯或与氯乙烯和功能单体混合物的原位悬浮聚合的方法为：取步骤（1）所制得的氧化石墨烯分散液40～200份，加入40～200份氯乙烯单体或氯乙烯单体和功能单体的混合物，通氮气置换30～60s，加入0.5～3份引发剂，加热到50～60℃，反应2～6h，即可制得氧化石墨烯-聚氯乙烯纳米复合树脂浆料。

进一步地，步骤(3)中复合材料浆料的后处理：向步骤（2）制得的复合树脂浆料当中加入0.1～50份还原剂，在10～90℃下保温搅拌1～48小时后出料，离心脱水后形成滤饼，滤饼经干燥后，形成粒径100～300μm粉体树脂，即得成品。

步骤（2）中功能单体包含：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸正辛酯当中的至少一种。

步骤（1）中所述的分散剂包含：聚乙烯醇、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、吐温20、吐温40、吐温80、司盘60当中的至少两种的复配物。

步骤（2）中所述的引发剂包含：偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰、过氧化二异丁酰、过氧化二碳酸二环己酯、过氧化新癸酸异丙苯酯、过氧化双(3，5，5-三甲基己酰)当中的至少两种的复配物。

步骤（3）中所述的还原剂包含: 氨水、肼、水合肼、偏二甲肼、对苯二酚、己二胺、丁二胺、维生素C、甲醛、乙醛、丁醛当中的至少一种。