一种氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜及其制备方法，属于高分子复合材料技术领域。采用的技术方案为：将氧化石墨烯与十二烷基胺反应制成氨基化氧化石墨烯后，将氨基化氧化石墨烯与高密度聚乙烯粉末充分混合于二甲苯中制得悬浮液，将悬浮液真空抽滤后干燥，再通过熔融热压处理，制得氨基化氧化石墨烯/聚乙烯纳米复合膜。本发明专利技术工艺简单，成本低廉，无需溶解聚合物，能够有效提高与极性聚合物和非极性聚合物之间的界面相容性。同时，经高温热压后形成了以氨基化氧化石墨烯为壳、高密度聚乙烯为芯的壳芯隔离结构，大幅度降低了气体的可渗透面积，使气体扩散路径显著曲折化，明显提高了材料的气体阻隔性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜及其制备方法
本专利技术属于高分子复合材料
，涉及一种纳米复合膜及其制备方法，具体涉及一种氨基化氧化石墨烯/高密度乙烯纳米复合膜及其制备方法。
技术介绍
近年来，聚合物薄膜以其优异的综合性能在工农业中得到广泛应用。然而，由于通用高分子聚合物材料阻隔性不佳造成的安全事故和中间损失使其在部分领域不能被广泛推广，如油气集输用聚合物材料因阻隔性低易导致油气泄漏，引发恶性事故，造成巨大的经济损失、人员伤亡和环境问题。食品、药品包装材料因阻隔不佳造成的产品中间损失高达30～50％。因此，进一步提高聚合物薄膜的阻隔性能已成为一个亟待解决的关键问题。在提高聚合物薄膜阻隔性技术中，利用纳米片层填料与聚合物之间良好的界面作用以及纳米片层填料在聚合物基体中引起气体渗透的“可渗透面积减小效应”和“多路径效应”来提高聚合物基体的阻隔性能的方法，具有操作简便、产品性价比高及易于回收等优点，成为目前国内外薄膜制造行业提高聚合物阻隔性能研究的热点和重点。该方法需突破两个技术关键点：①纳米片层状填料应具有较大的宽厚比；②纳米片层状填料应与基体形成良好的界面结合。功能化石墨烯，如氧化石墨烯、羧基化石墨烯、磺化石墨烯等，是石墨烯上的部分双键被含氧官能团、有机小分子或大分子等所取代的产物，以其巨大的宽厚比(厚度仅为1nm左右，其宽度最大可达十个微米)及在水和其他溶剂中的易分散性，使其成为近年来科学界提高聚合物阻隔性能的研究热点。专利“一种氧化石墨烯涂覆膜的制备方法”(公开号为CN102173145A)将氧化石墨烯加入水中，边超声处理边搅拌得到氧化石墨烯的胶体悬浮液(1mL水中加入1mg氧化石墨烯)，然后通过喷涂或辊压的方式将氧化石墨烯的胶体悬浮液涂覆在通用薄膜表面，干燥后形成氧化石墨烯薄膜。涂覆若干层，待最上面一层氧化石墨烯涂层干燥形成薄膜后，最终覆盖一层通用薄膜，即得到氧化石墨烯涂覆膜。该方法制备的氧化石墨烯涂覆膜不仅透明性好、安全性高、环保性好，而且具有优异的阻隔性，尤其是对二氧化碳气体的阻隔性得到极大提高。但上述方法将纳米氧化石墨烯通过喷涂或辊压技术涂覆成膜后，转变成为宏观氧化石墨，聚合物基体与氧化石墨自组装后层与层间的结合力较弱，容易发生剥离脱落，不利于长期使用。专利“高阻隔性氧化石墨烯与聚合物纳米复合膜的制备方法”(公开号为CN102115566A)将氧化石墨烯加入溶剂中，在20～45℃条件下超声处理并搅拌制备氧化石墨烯胶体悬浮液。然后向氧化石墨烯的胶体悬浮液中加入聚合物，在20～120℃下边超声处理边搅拌，使聚合物完全溶解，得到氧化石墨烯/聚合物溶液。去除氧化石墨烯/聚合物溶液中的气泡后，采用流延或吹塑的方法得到氧化石墨烯/聚合物复合薄膜。通过该方法制备的氧化石墨烯/聚合物纳米复合薄膜不存在界面脱离或脱落风险，对二氧化碳气体的阻隔性大幅度提高。但该复合薄膜制备的前提必须将聚合物基体均匀的溶解在溶剂当中。而实际情况是，溶解聚合物需要花费大量时间，且部分聚合物如聚乙烯、超高分子量聚乙烯等并不易被溶剂所溶解，因此该方法操作步骤相对复杂，不具有实用性和通用性。同时流延或吹塑的方法制备的复合薄膜中填料和基体之间也不可避免的存在一些残留通道，气体阻隔性能提高有限。通过氧化石墨烯与聚合物复合制备复合材料提高基体的阻隔性能，不仅要求氧化石墨烯能够均匀地分散在基体内，更重要的是需要氧化石墨烯与高聚物之间有良好的界面相容性。氧化石墨烯因其表面和边缘含有丰富的羟基、羧基和环氧基等含氧官能团而具有良好的亲水性，但却导致与非极性聚合物如聚乙烯、聚丙烯等基体间的界面相容性差，而不能有效提高以上基体的阻隔性能，反而会降低其阻隔性。此外，氧化石墨烯在有机溶剂如丙酮、甲醇、乙醇及二氯甲烷中分散性差，不能长时间保存，也会限制氧化石墨烯/聚合物复合材料的制备。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜及其制备方法，该方法能够克服现有方法中溶剂难溶非极性聚合物及传统氧化石墨烯无法提高非极性聚合物阻隔性能的缺陷，同时能够降低气体渗透通道，经该方法制得的氨基化氧化石墨烯/聚乙烯纳米复合膜具有均匀的壳芯隔离结构，阻隔性能高。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜的制备方法，将氧化石墨烯与十二烷基胺反应制成氨基化氧化石墨烯后，将氨基化氧化石墨烯与高密度聚乙烯粉末充分混合于二甲苯中制得悬浮液，将悬浮液真空抽滤后干燥，再通过熔融热压处理，制得氨基化氧化石墨烯/聚乙烯纳米复合膜。一种氨基化氧化石墨烯/聚乙烯纳米复合膜的制备方法，包括以下步骤：1)制备氨基化氧化石墨烯将氧化石墨烯分散于去离子水中，制得氧化石墨烯胶体悬浮液；按照(3～5)g：100mL的比例，将十二烷基胺溶于无水乙醇中，搅拌至十二烷基胺充分溶解，得到溶解液，将溶解液加入氧化石墨烯胶体悬浮液中，搅拌均匀，得到氨基化氧化石墨烯分散溶液，将该氨基化氧化石墨烯分散溶液经真空抽滤、洗涤及干燥处理，得到氨基化氧化石墨烯；2)制备氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯悬浮液按照1g：100mL的比例，将氨基化氧化石墨烯加入二甲苯中，超声解离并搅拌，制得氨基化氧化石墨烯分散液，向氨基化氧化石墨烯分散液中加入高密度聚乙烯粉末，搅拌均匀，得到氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯悬浮液；其中，氨基化氧化石墨烯的质量占氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯悬浮液总质量的7～10％；3)熔融热压制备氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜将氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯悬浮液真空抽滤后干燥，得到氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯混合体，然后将该氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯混合体在260～270℃、15～20MPa的条件下，熔融制成厚度为10～12μm，直径为120～130mm的圆形薄膜，即得到氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜。步骤1)所述的搅拌均匀，是将溶解液加入氧化石墨烯胶体悬浮液中，在50～60℃下，机械搅拌24～48h；所述洗涤是将真空抽滤后的氨基化氧化石墨烯分散溶液用无水乙醇清洗4～6次；所述的干燥是在50～60℃下，真空干燥24～30h。步骤2)所述的超声解离并搅拌是在25～40℃的条件下超声解离并搅拌1～2h；所述的搅拌均匀是向氨基化氧化石墨烯分散液中加入高密度聚乙烯粉末后，机械搅拌5～10min。所述的超声解离是在超声功率为100W的条件下进行解离。步骤3)所述的干燥是在50～60℃下干燥24～48h。氧化石墨烯的制备，具体包括以下步骤：(1)按照(2～4)g：100mL的比例，将可膨胀石墨加至质量分数为98％的浓硫酸中，冰浴下边搅拌边加入KMnO4，在10～15℃下搅拌反应2～2.5h，然后在33～37℃的恒温水浴中继续反应1～1.5h；(2)按照浓硫酸：去离子水：双氧水＝100：(400～800)：(5～10)的体积比，向步骤(1)的反应体系中先后加入去离子水和质量浓度为30％的双氧水，充分搅拌均匀后，趁热过滤，制得糊状混合物；(3)将糊状混合物洗涤至滤出液不含SO42-，然后在超声条件下分散于去离子水中，制得氧化石墨烯胶体悬浮液，再经干燥制得氧化石墨烯。步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜的制备方法，其特征在于，将氧化石墨烯与十二烷基胺反应制成氨基化氧化石墨烯后，将氨基化氧化石墨烯与高密度聚乙烯粉末充分混合于二甲苯中制得悬浮液，将悬浮液真空抽滤后干燥，再通过熔融热压处理，制得氨基化氧化石墨烯/聚乙烯纳米复合膜。

【技术特征摘要】
1.一种氨基化氧化石墨烯/聚乙烯纳米复合膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备氨基化氧化石墨烯将氧化石墨烯分散于去离子水中，制得氧化石墨烯胶体悬浮液；按照(3～5)g：100mL的比例，将十二烷基胺溶于无水乙醇中，搅拌至十二烷基胺充分溶解，得到溶解液，将溶解液加入氧化石墨烯胶体悬浮液中，搅拌均匀，得到氨基化氧化石墨烯分散溶液，将该氨基化氧化石墨烯分散溶液经真空抽滤、洗涤及干燥处理，得到氨基化氧化石墨烯；2)制备氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯悬浮液按照1g：100mL的比例，将氨基化氧化石墨烯加入二甲苯中，超声解离并搅拌，制得氨基化氧化石墨烯分散液，向氨基化氧化石墨烯分散液中加入高密度聚乙烯粉末，搅拌均匀，得到氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯悬浮液；其中，氨基化氧化石墨烯的质量占氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯悬浮液总质量的7～10％；3)熔融热压制备氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜将氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯悬浮液真空抽滤后干燥，得到氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯混合体，然后将该氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯混合体在260～270℃、15～20MPa的条件下，熔融制成厚度为10～12μm，直径为120～130mm的圆形薄膜，即得到氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜，该氨基化氧化石墨烯/聚乙烯纳米复合膜的透氧气系数为1.12×10-15～2.52×10-15cm3·cm/(cm2·s·Pa)，厚度为10～12μm，直径为120～130mm。2.根据权利要求1所述的一种氨基化氧化石墨烯/聚乙烯纳米复合膜的制备方法，其特征在于，步骤1)所述的搅拌均匀，是将溶解液加入氧化石墨烯胶体悬浮液中，在50～60℃下，机械搅拌24～48h；所述洗涤是将真空抽滤后的氨基化氧化石墨烯分散溶液用无水乙醇清洗4～6次；所述的干燥是在50～60℃下，真空干燥24～30h。3.根据权利要求1所述的一种氨基化氧化石墨烯/聚乙烯纳米复合膜的制备方法，其特征在于，步骤2)所述的超声解离并搅拌是在25～40℃的条...

【专利技术属性】
技术研发人员：李厚补，张学敏，戚东涛，任鹏刚，蔡雪华，张华，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油天然气集团公司管材研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11