[发明专利]一种苯乙烯‑马来酸酐共聚物接枝改性石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及新型碳材料制备技术，具体是一种苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝改性石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯是一种由sp²杂化碳原子形成的六元环无限扩展而形成的一种二维晶体材料。单层石墨烯中的每个C原子都通过σ键与其他相邻的三个C原子相连，C-C键角120°，键长约0.142nm，石墨烯是目前发现的硬度最大的材料，由于石墨烯由C-C键构成，因而具有很强的刚性，使其强度超过金刚石。石墨烯优异的力学性能表现在其高强度和高模量上，研究表明，石墨烯的力学强度接近125GPa，而其杨氏模量更是达到1.1TPa，与碳纳米管相当，是普通钢材强度的100多倍。据报道，石墨烯在室温下的载流子迁移率能够高达10000cm²·V^-1·s^-1，高于锑化铟及硅片。此外，石墨烯还拥有良好的导热性，其热导率为5000W·m^-1·K^-1，远高于金刚石。由于石墨烯具有优良的力学性能、热性能以及光电性能，具有很大的潜在应用价值。

石墨烯在实际应用中的关键问题是其与基体的分散相容性和结合能力。石墨烯在与聚合物基体制备复合材料过程中容易表现出分散性不好以及无法与基体形成较强化学键合而影响材料性能的问题，为此，需要对石墨烯进行共价键和非共价建功能化改性，以增强其在聚合物基体中的相容性和结合能力。

Strom TA等(化学通讯，Chemical Communications,2010,46:4097-4099)公开了利用氮烯加成反应将苯丙氨酸嫁接到石墨烯上的方法。Jianfeng Shen等(胶体与界面科学，Journal of Colloid and Interface Science,2010,348:377-383)报道了利用1-溴丁烷改性石墨烯的具体方法。刘海辉(Liu Haihui)等(材料科学杂志，Journal of Materials Science,2012,47:8052-8060)则利用4-氨基苯甲酸接枝氧化石墨烯制备得到了功能化石墨烯。但这些功能化方法的不足之处在于反应温度较高，反应时间长，实验过程复杂，而且功能化石墨烯的结构设计缺乏针对性，应用方向不明确。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝改性石墨烯的方法。该方法以石墨粉为原料，利用改进的Hummers’法制备氧化石墨烯，再采用单体接枝将马来酸酐接枝到GO上，然后以自由基引发剂、苯乙烯、马来酸酐为功能化改性试剂，通过原位聚合、溶剂洗涤、离心分离、干燥制成苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝氧化石墨烯。所得SMAFG接枝率为20～50％。该苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝氧化石墨烯在与聚合物基体制备苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝氧化石墨烯/聚合物基体复合材料过程中能够良好分散并形成稳定化学键合。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝改性石墨烯的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)氧化石墨烯的制备：采用改进的Hummers’法制备得到的氧化石墨烯；

(2)马来酸酐接枝氧化石墨烯的制备：将步骤1)得到的氧化石墨烯和马来酸酐分散于有机溶剂中制成悬浊液，在35-80℃下反应3-6小时，将马来酸酐接枝到氧化石墨烯上；氧化石墨烯与马来酸酐的质量比为1:10-1:30；所述有机溶剂是甲苯、苯、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的至少一种；

(3)苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝氧化石墨烯的制备：以步骤2)得到的马来酸酐接枝的氧化石墨烯为原料，加入自由基引发剂，在70-100℃下与苯乙烯、马来酸酐反应1-3小时；质量比马来酸酐接枝的氧化石墨烯:马来酸酐:苯乙烯＝1:10:10-1:30:30；反应产物经过溶剂洗涤、离心分离、干燥，得到苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝氧化石墨烯；

所述自由基引发剂是偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈或过氧化苯甲酰中的至少一种。

本发明同时提供了一种苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝氧化石墨烯/聚合物基体复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法具体如下：将苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝氧化石墨烯与聚合物基体混合，在挤出机中熔融挤出造粒，通过熔融共混法制备得到苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝氧化石墨烯/聚合物基体复合材料；

所述聚合物基体是聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯；所述苯乙烯-马来酸酐共聚物接枝氧化石墨烯与聚合物基体的质量比为1:50～1:200。