[发明专利]一种石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺及其制备方法，属于石墨烯改性聚酰胺技术领域。本发明的改性半芳香聚酰胺的制备方法首先是将二元酰氯和二元胺反应生成小分子芳香族聚酰胺；然后将石墨烯、小分子芳香族聚酰胺、己内酰胺及助剂投入反应釜中，进行开环/缩聚平衡反应，产物经后处理得到石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺。产品的刚性和强度较普通聚酰胺产品强度有着明显优势，耐热性能得到明显提升。

技术领域

本发明属于石墨烯改性聚酰胺技术领域，具体地说，涉及一种石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子以SP²杂化轨道组成的六角形呈蜂巢状的平面二维结构材料。2004年，Novoselov和Geim首次利用微机械剥离法发现了石墨烯材料，其厚度约为一个碳原子的厚度(0.34nm)，是目前已知最薄的材料。石墨烯的发现，丰富了碳材料的种类：一维的有碳纳米管，二维的有石墨烯，三维的有石墨、金刚石等。

石墨烯主要的性能包括：比表面积高，可达到2600m²/g；硬度高，杨氏模量超过1000GPa，是目前已知最硬材料；热导率高，可达到5000W/mK；电荷迁移速度快，可达到2.5×10⁵cm^-2/Vs，并且还具有一些独特的性能,如完美的量子隧道效应、半整数量子霍尔效应。由于以上的优异性能，石墨烯在电子仪器、生物医疗、能源等领域得到广泛的研究和应用。

聚酰胺，又称尼龙，它是大分子主链的重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称。目前大量生产和使用的尼龙主要是脂肪族尼龙，一般说来，脂肪族尼龙具有结晶速度快、结晶度高、良好的柔韧性和较高机械强度等优点，这使得以尼龙6、尼龙66、尼龙1010和尼龙1212所代表的结晶聚酰胺已被作为纤维和通用工程塑料获得了广泛的应用。但这些尼龙的使用温度一般都不超过80℃，在环境湿度较大时，还会因吸水导致材料体积发生较大变化，力学性能下降，使得它们在耐热性和尺寸稳定性要求较高的领域内应用受到限制，如近年来发展起来的电子部件表面安装技术和要求良好耐热性的汽车发动机室部件。因此市场还不断要求开发出具有良好耐热性、较好尺寸稳定性和机械性能的尼龙材料。

公开日为2012年12月5日的中国专利2011101452375公开了一种半芳香族聚酰胺短纤维增强复合材料及其制备方法。该发明公开的复合材料包括以下组分和重量百分含量：树脂为60-90％，半芳香族聚酰胺短纤维为10-40％。该发明公开的复合材料的制备方法包括以下步骤：将60-90％的干燥树脂及10-40％的半芳香族聚酰胺短纤维，在转速为500-2000rpm的高速混合机中预混2-10min，将预混物经过螺杆挤出机熔融、挤出、水浴冷却、造粒，制得半芳香族聚酰胺短纤维增强复合材料。但该专利技术的半芳香族聚酰胺短纤维的添加量大，成本较高，不适于实际应用。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺材料，在添加较少量的半芳香聚酰胺时就可以明显提升产品性能。本发明的另一目的在于提供该复合材料的制备方法。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺，结构式为：

其中，-NH-Graphene-NH-为氨基功能化石墨烯；

R₁、R₂、R₃为取代基；

R₁或R₂中含有芳基和亚甲基。

一种石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺的制备方法，首先将二元酰氯和二元胺反应生成小分子芳香族聚酰胺；然后将石墨烯、小分子芳香族聚酰胺、己内酰胺及助剂投入反应釜中，进行开环、缩聚平衡反应，产物经后处理得到石墨烯原位聚合半芳香聚酰胺。