[发明专利]一种由聚丙烯、尼龙6和氧化石墨烯组成的高性能复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物/无机化合物高性能纳米复合材料领域，具体地说，是提供一种由聚丙烯、尼龙6和氧化石墨烯组成的高性能复合材料及其制备方法。

 背景技术

由于聚合物和无机物在纳米及分子级水平上的复合，能充分发挥各组分的优异性能，聚合物与无机化合物的复合材料已成为材料科学研究的热点。近几年人们已经制备出多种单组分聚合物基/石墨烯纳米复合材料，其基体聚合物包括聚酰胺6（PA6）、聚丙烯（PP）、环氧树脂（Epoxy）等。研究发现石墨烯做填充材料在力学和导电性能等方面有明显的优势，如在PA6中填充石墨烯（Xu,Z.; Gao,  C. In situ polymerization approach to grapheme-reinforced nylon-6 composites. Macromolecules,2010,43(16):6716-6723）、黏土和多壁纳米管（MWNT）（Zhang, W. De;Shen, L.; In Yee Phang; Liu, T. X. Carbon nanotubes reinforced nylon-6 composite prepared by simple melt-compounding. Macromolecules, 2014, 37（2）:256-259）；填充0.1wt%的石墨烯、4.75 wt%黏土和1 wt%的MWNT，杨氏模量提高值分别为138%、68%和115%，拉伸强度提高值分别为120%、42%和124%，说明石墨烯作填充材料性能最好。其他的很多实验也表明石墨烯作填充可以大大加强材料的导电性能。

纳米粒子改性单组分聚合物基体在一定程度上能提升基体材料的性能，但对性能的提升也相当有限；聚合共混改性能克服单组分聚合物的缺点，发挥各组分的优点，从而也能在一定程度上提高多组分聚合物材料的综合性能。因此，采用纳米粒子改性两相聚合物共混物体系能综合纳米复合和聚合物共混改性两者的优点，有望进一步提升聚合物基体材料各方面的性能。近年来，聚合物纳米复合材料已经从单组分聚合物基纳米复合材料发展到多相多组分聚合物基纳米复合材料（Kusmono; Mohd Ishak Z. A.;Chow, W. S.; Takeichi, T.; Rochmadi. Water absorption behavior of different types of organophilic montmorillonite-filled polyamide 6/polypropylene nanocomposites. Polymer Composites, 2010, 31 (2): 195-202）。其中，就两组分PP/PA6体系而言，Chow W. S.等较系统的研究了PP/PA6/黏土纳米复合材料：发现黏土能有效提高复合材料的力学性能；但由于黏土和PP相间相互作用力小，PA6和PP两相相容性差，仅加入黏土对复合材料力学性能的提升相当有限。所以本发明采用性能优异的氧化石墨烯来与PP/PA6相共混制备新型高性能纳米复合材料PP/PA6/GO。其优异的性能将使其能广泛地应用于车辆、医疗器械、导电涂料等多个领域。

发明内容

本发明的目的是提供一种由聚丙烯、尼龙6和氧化石墨烯组成的高性能复合材料的制备方法。

本发明的技术方案：一种由聚丙烯、尼龙6和氧化石墨烯组成的高性能复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）用稀盐酸清洗鳞片石墨，过滤，用蒸馏水洗至中性，100℃下真空干燥，再将硝酸钠加入到强酸中，向其中添加清洗过的鳞片石墨，搅拌至混合均匀后，在冰水浴中搅拌并缓慢加入氧化剂，随后将体系加热至40℃，搅拌反应6-8 h；然后在缓慢连续加入蒸馏水反应的同时，将体系升温至70℃，然后加入双氧水中和未反应的氧化剂，反应停止后将反应液趁热抽滤；对该初产物加蒸馏水离心洗涤若干次至体系pH值为7，得到纯净的GO母液，最后将GO母液中加入一定量的十二烷基苯磺酸钠，超声，得到均匀分散的GO溶胶；

（2）采用GO与PA6反应制备GO-g-PA6，即利用GO表面羧基和环氧基与PA6端氨基反应将PA6接枝到GO表面；

（3）采用GO-g-PA6与PP-g-MAH反应制备GO-g-PA6-g-PP；

（4）将PP、PA6和GO在80℃真空干燥，消除物理吸附水，再将PP、PA6以步骤（3）中所制备的GO-g-PA6-g-PP为增溶剂进行高剪切熔融共混方法制备出PP/PA6/GO；