一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的方法技术

本发明专利技术的一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯‑聚苯乙烯复合材料的方法，采用机械力化学‑超声和乳液聚合法相结合，以石墨为原料，而非石墨烯为原料，来制备石墨烯与高分子的复合材料。先在苯乙烯中通过球磨法对石墨进行机械剥离，得到含有石墨烯的苯乙烯分散液，再通过超声法对分散液进行进一步的分散，最后进行乳液聚合反应；过滤，真空干燥,获得目标物。由于以石墨为原料，解决目前制备技术中存在的关键技术难点，是一种环境友好，绿色环保，条件温和且可以大量制备功能化的聚苯乙烯／石墨烯纳米复合材料的新方法，制备的石墨烯/聚苯乙烯复合材料的导热系数可0.2508W/(m·℃)，热分解温度为360℃，可用作导热复合材料。

A method for preparing graphene polystyrene composites from graphite and styrene

A method for preparing graphene polystyrene composite material from graphite and styrene is used to prepare composite materials of graphene and polymer with graphite as raw material and not graphene as raw material by combining mechanical chemical ultrasonic and emulsion polymerization. Firstly, the graphite was mechanically stripped by ball milling in styrene, and the dispersions of styrene containing graphene were obtained. Then the dispersions were further dispersed by ultrasonic method. Finally, the emulsion polymerization was carried out, and the target was obtained by filtration and vacuum drying. Because graphite is used as raw material to solve the key technical difficulties in the present preparation technology, it is a new method of environmentally friendly, green environmental protection, mild conditions and a large number of functionalized polystyrene / graphene nanocomposites. The thermal conductivity of the prepared graphene / polyene composite can be 0.2508W/ (M. The thermal decomposition temperature is 360 C, which can be used as a thermal conductive composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的方法
本专利技术属于高分子纳米填料复合材料制备及应用领域，涉及一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的方法。
技术介绍
传统导热塑料主要是以高导热的金属或无机填料颗粒对高分子基体材料进行均匀填充。当填料量达到一定程度时，填料在体系中形成了类似链状和网状的形态，即形成导热网链。当这些导热网链的取向方向与热流方向平行时，就会在很大程度上提高体系的导热性。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新型碳纳米材料，厚度仅为0.35nm。由于其具有很大的比表面积、良好的热稳定性和化学稳定性、较强的疏水性、易于进行化学修饰等优点，有望在高性能电子器件、复合材料、场发射材料、气体传感器及能量存储等领域获得广泛应用。而且它是由sp2杂化碳原子紧密排列而成，具有独特的二维周期蜂窝状点阵结构，其结构单元中所存在的稳定碳六元环赋予其优异的热性能，被认为是优秀的热控材料。以石墨烯为填料的高导热塑料能够满足热管理、电子工业中高密度、高集成度组装发展的要求，其发展前景非常广阔。当前，制备石墨烯/聚合物复合材料的制备方法都是以石墨烯为原料，采用溶液混合法、熔融共混法、原位聚合法和乳液聚合法来制备。但溶液混合法需要使用有机溶剂，后处理对环境造成不良影响。熔融共混法石墨烯在聚合物中集聚而不易分散，并且与聚合物的界面作用较差。原位聚合法的反应条件难以控制。乳液聚合法制备的复合材料具有更好的分散效果和空间稳定性，而且该方法不使用有机溶剂，不破坏环境，但对制成分散良好的分散液有一定的要求。Stankovich等首次利用异氰酸基与氧化石墨烯表面的羟基和羧基发生化学反应，通过溶液插层法制备了以聚苯乙烯为基体的异氰酸酯改性的石墨烯纳米复合材料。张文玲等首先利用阴离子引发剂(AIBN)通过聚合反应获得聚苯乙烯微球，将微球液体加入到氧化石墨烯溶液中，使氧化石墨烯吸附在微球的表面，再利用水合肼还原得到聚苯乙烯／氧化石墨烯微球。picketing乳液聚合方法是先通过Hummers法制备氧化石墨烯水溶液，再加入苯乙烯单体、AIBN得到白色的氧化石墨烯稳定的苯乙烯乳液。经过无皂乳液聚合法制备聚苯乙烯胶体颗粒。Lee等首次利用可控表面引发ATRP得到氧化石墨烯表面共价接枝的聚苯乙烯，得到聚苯乙烯／石墨烯的复合材料（该复合材料能够很好地分散在二甲基甲酰胺、甲苯、氯仿和二氯甲烷中，并利用皂化反应去除石墨烯表面的共价物使得石墨烯表面接枝的聚苯乙烯脱落，得到氧化石墨烯完好无损）。由于石墨烯制备困难、价高及在聚合物体系中分散困难，以上方法制备的石墨烯复合材料都存在制备成本高、石墨烯分散不均匀及过程质量不稳定的问题。
技术实现思路
针对目前本领域存在的技术难题，本专利技术的目的是采用机械力化学-超声和乳液聚合法相结合，以石墨为原料，而非石墨烯为原料，来制备石墨烯与高分子的复合材料。先在苯乙烯中通过球磨法对石墨进行机械剥离，得到含有石墨烯的苯乙烯分散液；再通过超声法对分散液进行进一步的分散，得到具有良好分散性的石墨烯/苯乙烯分散液；最后进行乳液聚合反应；过滤，真空干燥后获得石墨烯/聚苯乙烯复合材料。由于石墨为原料，解决目前制备技术中存在的关键技术难点。本专利技术的一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的方法的步骤和条件如下：第一步，按苯乙烯的体积（mL）和石墨的（g）的比为1000:1-1000：7，将苯乙烯和石墨混合后置于型星式球磨机中球磨剥离6h-36h，得到含有石墨烯的苯乙烯分散液；第二步，再将上述石墨烯和苯乙烯的分散液置于数控式超声器中超声分散2h-8h，进行进一步的分散，得到具有良好分散性的石墨烯/苯乙烯分散液；第三步，将聚乙烯醇和去离子水质量比为1：3加入到装有搅拌器和回流冷凝管的三颈反应器内，水浴加热升温至70℃时，按石墨烯和苯乙烯分散液的体积（mL）与偶氮二异丁腈（g）的比为80：1加至反应器内，以搅拌速度为420r/min进行搅拌，升高水浴温度至87℃，恒温2h，随后升温至90℃，恒温半小时，聚合反应结束，得到固体聚合物；第四步，过滤得到的固体聚合物，在60-80℃真空下干燥4-6h，得到目标物。有益效果：本专利技术的一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的方法，采用机械力化学-超声和乳液聚合法相结合，以石墨为原料，而非石墨烯为原料，来制备石墨烯与高分子的复合材料。先在苯乙烯中通过球磨法对石墨进行机械剥离，得到含有石墨烯的苯乙烯分散液，再通过超声法对分散液进行进一步的分散，得到具有良好分散性的石墨烯/苯乙烯分散液，最后进行乳液聚合反应；过滤，真空干燥后获得石墨烯/聚苯乙烯复合材料。由于石墨为原料，解决目前制备技术中存在的关键技术难点。本专利技术的方法是一种环境友好，条件温和且可以大量制备功能化的聚苯乙烯／石墨烯纳米复合材料的新方法，具有工艺简单，成本低、绿色环保的优点。本专利技术制备的石墨烯/聚苯乙烯复合材料的导热系数可达0.2508W/(m·℃)，热分解温度为360℃，可用作导热复合材料。附图说明图1是本专利技术的一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的FT-IR光谱图。图2是本专利技术的一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的XRD谱图。图3是本专利技术的一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的Raman光谱图。图4是本专利技术的一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的TEM图像。图5是本专利技术的一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的TG曲线。具体实施方式结合具体实施例，对本
技术实现思路
进行详细说明。实施例1一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的方法。第一步，按苯乙烯的体积（mL）和石墨的质量（g）的比为1000:1，将苯乙烯和石墨混合后置于型星式球磨机中球磨剥离6h，得到含有石墨烯的苯乙烯分散液；第二步，再将上述石墨烯和苯乙烯的分散液置于数控式超声器中超声分散2h，进行进一步的分散，得到具有良好分散性的石墨烯/苯乙烯分散液；第三步，将聚乙烯醇和去离子水按质量比为1：3加入到装有搅拌器和回流冷凝管的三颈反应器内，水浴加热升温至70℃时，按石墨烯和苯乙烯散合液的体积（mL）与偶氮二异丁腈（g）的比为80：1加至反应器内，以搅拌速度为420r/min进行搅拌，升高水浴温度至87℃，恒温2h，随后升温至90℃，恒温半小时，聚合反应结束，得到固体聚合物；第四步，过滤得到的固体聚合物，在80℃真空下干燥6h，得到目标物。由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的结构由IR、XRD、RAMAN及TEM表征分析；导热系数用DZDR-S型导热仪测量复合材料的导热系数。导电系数采用ZC36型高阻仪和UT70A新型数字多用表测量复合材料的电阻。实施例1-实施例4制备的石墨烯/聚苯乙烯复合材料的导热系数，见表1。图1是实施例1复合材料的FT-IR光谱图。其中，755cm-1附近是苯环上的碳原子和其所连的氢之间的变形振动峰，1450-1600cm-1是苯环骨架振动产生的峰，2843-3000cm-1是CH伸缩振动出峰，3000-3100cm-1是苯环上不饱和碳氢基团的伸缩振动峰。图2是实施例1-实施例4复合材料XRD谱图。其中，4个实施例的图均在2θ=11.2°处呈现d=0.79nm的峰，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯‑聚苯乙烯复合材料的方法，其特征在于步骤和条件如下：第一步，按苯乙烯的体积（mL）和石墨的（g）的比为1000 : 1‑1000：7，将苯乙烯和石墨混合后置于型星式球磨机中球磨剥离6h‑36h，得到含有石墨烯的苯乙烯分散液；第二步，再将上述石墨烯和苯乙烯的分散液置于数控式超声器中超声分散2h‑8h，进行进一步的分散，得到具有良好分散性的石墨烯/苯乙烯分散液；第三步，将聚乙烯醇和去离子水质量比为1：3加入到装有搅拌器和回流冷凝管的三颈反应器内，水浴加热升温至70℃时，按石墨烯和苯乙烯分散液的体积（mL）与偶氮二异丁腈（g）的比为80：1加至反应器内，以搅拌速度为420 r/min进行搅拌，升高水浴温度至87 ℃，恒温2 h，随后升温至90℃，恒温半小时，聚合反应结束，得到固体聚合物；第四步，过滤得到的固体聚合物，在60‑80℃真空下干燥4‑6h，得到目标物。

【技术特征摘要】
1.一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙烯复合材料的方法，其特征在于步骤和条件如下：第一步，按苯乙烯的体积（mL）和石墨的（g）的比为1000:1-1000：7，将苯乙烯和石墨混合后置于型星式球磨机中球磨剥离6h-36h，得到含有石墨烯的苯乙烯分散液；第二步，再将上述石墨烯和苯乙烯的分散液置于数控式超声器中超声分散2h-8h，进行进一步的分散，得到具有良好分散性的石墨烯/苯乙烯分散液；第三步，将聚乙烯醇和去离子水质量比为1：3加入到装有搅拌器和回流冷凝管的三颈反应器内，水浴加热升温至70℃时，按石墨烯和苯乙烯分散液的体积（mL）与偶氮二异丁腈（g）的比为80：1加至反应器内，以搅拌速度为420r/min进行搅拌，升高水浴温度至87℃，恒温2h，随后升温至90℃，恒温半小时，聚合反应结束，得到固体聚合物；第四步，过滤得到的固体聚合物，在60-80℃真空下干燥4-6h，得到目标物。2.根据权利要求1所述的一种由石墨与苯乙烯制备石墨烯-聚苯乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，金文涵，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22