[发明专利]一种易分散的改性石墨烯的制备方法

说明书

本发明公开了一种易分散的改性石墨烯的制备方法，采用的是Hummers法制备氧化石墨烯，利用氧化石墨烯片层上的羟基进行功能化，通过酯化反应将功能分子嫁接到氧化石墨烯上得到酯化石墨烯，然后将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯与酯化石墨烯混合均匀制备成乳液，通过钴60源室辐照聚合的方式连接到氧化石墨烯的表面上，然后经破乳、干燥而制成石墨烯/聚苯酯复合材料粉末。本发明制备的改性石墨烯采用聚合物改性，增加了石墨烯本身与聚合物聚苯酯的相容性，使其能均匀稳定地分散于聚合物中。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，具体涉及一种易分散的改性石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种有碳原子组成的二维材料，由于它二维结构的特殊性，使其具有质量轻且比表面积大等优点。除此之外，由于它拥有优异的电学性能、热学性能和机械强度以及一些独特的性能，使它成为目前非常具有应用前景的纳米材料。但石墨烯表面没有任何官能团，片与片之间较强的相互作用导致其容易堆叠，多片石墨烯放在一起时易形成多层石墨烯结构。这种堆叠的石墨烯结构不仅稳定性差，而且降低了石墨烯的比表面积，限制其界面的高效利用，从而影响了它在储能、催化、复合材料、电子器件等领域应用时的性能。除此之外，由于石墨烯既不亲水也不亲油，加之其结构稳定和化学惰性都阻碍了它的应用。因此，单层石墨烯的不稳定性及分散问题成为制约石墨烯性能进一步提升和应用领域的瓶颈。

目前增加石墨烯的分散性主要可以通过共价键和非共价键包覆来实现。共价键包覆主要指在石墨烯表面以共价键的方式接枝大量官能团或长分子链，例如将长链烷基胺接枝在石墨烯表面，使石墨烯很好的分散在有机溶剂中(参考J.Am.Chem.Soc.,2006,128,7720–7721.)；或将羧基和磺酸基接枝在石墨烯表面可使石墨烯较好的分散在水相中(参考Nature Nanotech.,2008,3,101–105；NanoLett.,2008,8,1679–1682)。

而就目前而言，化学还原氧化石墨烯法已成为使用最广泛，最有希望实现大规模工业化的制备石墨烯的一种方法，因此通过氧化石墨烯上的自带官能团进一步改性石墨烯的成为提高石墨烯分散性的一种简单方便的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种易分散的改性石墨烯的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种易分散的改性石墨烯的制备方法，包含以下步骤：

(1)采用Hummers法制备氧化石墨烯；

(2)通过酯化反应将功能分子嫁接到经步骤(1)制备的氧化石墨烯的羟基上，得酯化石墨烯；

(3)将苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯与酯化石墨烯按照质量比1:1-2.5:0.5-1.5:0.01-0.05加入十二烷基硫酸钠水溶液中混合成乳液，然后向混合乳液通入氮气并置入钴60源室中，通过钴60源辐照聚合得到改性石墨烯。

进一步方案，所述功能分子为带双键和羧基官能团的酸类衍生物，包括衣康酸及其衍生物、马来酸及其衍生物和丙烯酸及其衍生物。

进一步方案，所述步骤(2)中酯化石墨烯的制备方法如下：将氧化石墨烯分散于甲苯溶液中成混合液，再将混合液加入装有机械搅拌、油水分离器、冷凝管和温度计的三口烧瓶中，然后加入磷酸和功能分子进行混合，其中氧化石墨烯、磷酸和功能分子间质量比为1:0.05-1:1-1.5，并将其置于油浴加热至100℃-200℃，搅拌反应5h-10h，然后将反应混合液降温到50℃后洗涤、中和、蒸馏得酯化石墨烯。

更进一步方案，所述洗涤是用5wt％的碳酸氢钠水溶液在分液漏斗中对反应混合液反复清洗、分液至其油相pH值为8时为止，以除去多余未反应的小分子羧酸；所述中知是用20％的HCl水溶液来中和混合液至中性；所述蒸馏是指将中和后的混合液在80℃下减压蒸馏2h，以除去混合液中的水和甲苯。