[发明专利]一种石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明属于材料领域，具体为一种石墨烯复合材料的制备，通过化学氧化技术制备出氧化石墨，将制备出的氧化石墨与含两个异氰酸酯基的化合物反应，得到表面含异氰酸酯基的氧化石墨，除去过量游离的二异氰酸酯后再用封端剂反应封闭异氰酸酯基，通过热还原将氧化石墨还原成石墨烯，得到室温空气中稳定存在的封闭异氰酸酯基改性的石墨烯，将改性后的石墨烯与欲改性的含活泼氢的树脂在高温下反应接枝并复合。

技术领域

本发明专利属于材料技术领域，涉及一种高分子复合材料。

背景技术

石墨烯是单层碳原子紧密堆积而形成的炭质新材料，厚度只有0.335 nm，是目前世界上最薄的二维材料，其C-C键长约为0.142 nm。石墨烯具有优异的力学、热学和电学性能：强度达130GPa，比世界上最好的钢高100倍，是目前强度最高的材料；热导率可达5000W·m^－1·k^－1，是金刚石的3倍；石墨烯载流子迁移率高达15000cm²·V^－1·S^－1，是商用硅片的10倍以上。石墨烯还有超大的比表面积（2630m²/g）、室温量子霍尔效应和良好的铁磁性，是目前已知的在常温下导电性能最好的材料，电子在其中的运动速度远超过一般导体，达到了光速的1/300。由于石墨烯具有上述优异的性能，使其有望在微电子、能源、信息、材料和生物医药等领域具有重大的应用前景。

制备石墨烯高分子复合材料的方法主要有两种：先让氧化石墨与其他材料复合，再将其中的氧化石墨还原得到石墨烯纳米复合材料；或者在石墨烯表面进行接枝改性，再用改性过的石墨烯与其他材料复合。这些复合材料广泛地应用在超级电容器、锂电池、电催化和燃料电池等领域。未经改性的石墨烯与高分子材料的相容性较差，仅仅用物理方法很难达到很好的混溶。

聚氨酯是指主链上含有重复氨基甲酸酯基团的一大类聚合物材料。通过改变原料的种类与组成，可以大幅度地改变产品的形态及物理、化学性质。由于石墨烯和氧化石墨表面含有羟基和羧基等活性基团很容易可以和异氰酸酯基反应，从而把聚氨酯接枝到石墨烯表面。文献（氧化石墨烯的表面改性及其复合材料的制备，王莹莹，吉林大学硕士学位论文，2012.4）报道了一种通过用甲苯二异氰酸酯（TDI）对石墨烯表面进行表面功能化的方法。由于异氰酸酯基在空气中不稳定，该方法所要接枝到氧化石墨烯表面的异氰酸酯基团在空气中不稳定，保存和使用都不方便。本发明中得到的石墨烯表面接枝的封端聚氨酯（或异氰酸酯），这种封端的聚氨酯在空气中稳定存放，可在加热后与各种链段上含有羟基、羧基、巯基等活性基团的聚合物接枝反应，这种反应也可以在改性石墨烯与这类树脂的熔融共混的过程中进行。

本发明提出了一种表面接枝聚氨酯链段的石墨烯及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种可在空气中稳定存放，在高温下与熔融的含活泼氢的树脂或其溶液反应接枝共混同步进行，解决了现有技术中存在的接枝与共混必须分开进行的问题。

本发明所采用的技术方案是，

第一步：通过化学氧化技术制备出氧化石墨；

第二步：将制备出的氧化石墨二异氰酸酯反应，得到表面含异氰酸酯基的氧化石墨，除去过量游离的二异氰酸酯后再苯酚等封端剂反应封闭异氰酸酯基；

第三步：通过热还原将氧化石墨还原成石墨烯，得到室温空气中稳定存在的封闭异氰酸酯基改性的石墨烯；

第四步：将改性后的石墨烯与欲改性的含活泼氢的树脂在高温下反应接枝并共混复合。

所述方法的第一步，将石墨氧化插层制备出氧化石墨，这些方法包括但不限于：hummer法、staudenmair法。