[发明专利]一种改性氧化石墨烯聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，尤其涉及一种改性氧化石墨烯聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种有着独特性质的全新材料：它是目前世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，垂直入射的可见光只有很小一部分（2.3%）会被石墨烯吸收，而绝大部分的光都会透过去；它的导热性能比已知的任何材料都要出色，导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石；常温下其电子迁移率超过15000cm²/V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10^-6Ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。它又很致密，连氦原子（最小的气体分子）也不能穿过去。石墨烯的拉伸模量(1.01TPa)和极限强度(116GPa)与单壁碳纳米管相当，其质量轻，导热性好且比表面积大(2630m²/g)。石墨烯虽然才出现十年左右的时间，但以其独特的结构和优异的性能，在化学、物理和材料学界引起了轰动，也引起了国内外的研究热潮。石墨烯已经展现了许多技术上的应用，这一点在物理学、化学、材料科学领域都是很难得的，一般的材料从实验室走向实际生活都需要十几年甚至几十年的时间。

由于石墨烯结构完整，化学稳定性高，其表面呈惰性状态，与其它介质的相互作用较弱，并且石墨烯片与片之间有较强的范德华力，容易产生聚集，使其在水及常见的有机溶剂中难于分散，这给石墨烯的进一步研究和应用造成了极大的困难，因此，对石墨烯表面进行化学修饰或改性提高其与有机材料的相容性和分散性尤为重要。

从石墨制备氧化石墨是应用氧化石墨烯的起点，氧化石墨可进一步用机械方法，如热解膨胀或溶剂中超声分散，制备稳定的准二维氧化石墨烯悬浮液。然后通过表面的修饰或改性增强其复合性能，从而实现氧化石墨烯在基体材料中的分散。在制备氧化石墨烯的基础上，再对其表面进行化学修饰与改性以增强其与有机材料的相容性，有助于提高其在有机材料中的分散性，从而实现复合材料的特殊性能。目前，对氧化石墨烯的化学修饰与改性主要有非共价键修饰和共价键修饰两种方法：

（1）非共价键修饰：氧化石墨烯具有大的P共轭体系，因而可与具有共轭体系的小分子或高分子通过P2P相互作用增强其溶解性能或者是分散到溶液体系。Hao等用四氰基苯醌作为氧化石墨烯的稳定化剂，获得了能溶于水及有机溶剂(DMSO、DMF)的功能化石墨烯。非共价键修饰主要是利用氧化石墨烯中的共轭体系与其它有机材料中的共轭体系通过P2P相互作用增强其相容性，主要方式以共混为主，没有化学上的交联反应，这种方法很难保证氧化石墨烯在有机高分子材料中的纳米级分散，也影响了氧化石墨烯在复合材料中的一些性能体现。

（2）共价键修饰：氧化石墨烯中含有羧基、羟基和环氧基等活性基团，其中羧基主要在氧化石墨烯片的边缘处，而环氧基位于氧化石墨烯层面内，这些基团的存在，为氧化石墨烯的化学修饰与改性提供了良好的途径。根据这些功能基团的化学反应性能，人们可以合成大量共价键合的氧化石墨烯衍生物，并发现其潜在的应用价值。具体的方法有：利用SOC1₂与氧化石墨烯表面的COOH功能团反应，再与长链的烷基胺或者长链的脂肪醇反应，生产酰胺或者酯；用烷基异氰酸酯对氧化石墨烯进行反应改性；通过重氮化反应修饰氧化石墨烯；偶联剂的接枝改性；还有用叠氮化合物对氧化石墨烯进行化学修饰等。

从应用角度来说，共价键修饰氧化石墨烯比非共价键修饰氧化石墨烯在有机高分子材料中具有更好的分散性。但是，目前关于共价键修饰氧化石墨烯的研究主要集中在氧化石墨烯的表面接枝一段有机链段后，大部分只研究了改性后的氧化石墨烯在有机溶剂的分散稳定性，只有少量的研究是通过混合的方法将共价键修饰氧化石墨烯与高分子材料复合制备功能性材料。接枝的有机链段很少具有能继续与其它材料进一步反应的官能团。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种改性氧化石墨烯聚合物复合材料。

本发明提供了一种改性氧化石墨烯聚合物复合材料，包括如下组分及其百分含量：

丙烯酸酯树脂35～70；

活性稀释剂10～30；

改性氧化石墨烯1～10；

填 料 3～10；

颜 料 0～7；

光引发剂1～8。

作为本发明的进一步改进，所述的丙烯酸酯树脂包括环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯中的一种或几种的混合物。