一种石墨烯/聚合物纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯/聚合物纳米复合材料及其制备方法，制备方法包括：先将石墨烯材料与聚合物微球置于分散介质中，再对共混液进行分散处理，以使石墨烯材料与聚合物微球在分散介质中达到均匀共混，然后除去分散介质，并进行干燥处理，得石墨烯材料/聚合物微球共混粉体，最后使上述粉体成型，得到石墨烯材料/聚合物纳米复合材料。本发明专利技术实现了石墨烯材料与聚合物微球在纳米或微米尺度的均匀共混，使石墨烯材料在聚合物基体中更容易形成通道，大大改善了聚合物基体的导电和导热性能；并且制备工艺简便、环保，适合工业化大规模生产，进一步拓宽了石墨烯材料在聚合物领域的应用。

A graphene / polymer nanocomposite and its preparation method

The invention discloses a graphene / polymer nanocomposite material and a preparation method thereof. The preparation method includes: first place the graphene material and the polymer microsphere in the dispersion medium, and then disperse the blend liquid, so that the graphene material and the polymer microsphere can achieve uniform blending in the dispersion medium, and then remove the dispersion medium, and conduct drying treatment to obtain the graphene material /The graphene / polymer nanocomposites were prepared by blending the powder with polymer microspheres and forming the powder. The invention realizes the uniform blending of graphene material and polymer microsphere at nanometer or micron scale, which makes graphene material easier to form channel in polymer matrix and greatly improves the conductivity and thermal conductivity of polymer matrix; moreover, the preparation process is simple, environmental friendly, suitable for industrial large-scale production, and further widens the application of graphene material in polymer field.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/聚合物纳米复合材料及其制备方法
本专利技术属于高分子
，具体涉及一种高性能的石墨烯/聚合物纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，具有非凡的力学性能、优异的导电性和导热性、高的比表面积以及独特的二维结构等，是当今纳米科学和纳米
研究最为热点的材料之一。从严格的定义上讲，石墨烯就是指单层的石墨烯；由于目前的技术还无法达到规模制备出完全单层石墨烯的水平，加上石墨烯本身所具有易团聚的特性，使得在实际应用中，严格意义上的石墨烯是不存在的。目前实际应用的石墨烯主要包括少层石墨烯、多层石墨烯、氧化石墨烯和其他改性石墨烯等，总体上可以称之为石墨烯材料。作为石墨烯材料重要的应用之一，石墨烯材料/聚合物纳米复合材料越来越受到人们的关注。目前，制备石墨烯材料/聚合物纳米复合材料的方法主要有原位聚合、溶剂复合和熔融共混。其中，熔融共混法是将石墨烯材料与聚合物粒料共混后在熔融状态下挤出造粒，这种方法简便、环保适合工业化大规模生产，但是很难使石墨烯材料在聚合物基体中分散均匀，因此所制备的复合材料的性能很不稳定，难以在实践中推广。溶剂复合法是将石墨烯材料与聚合物基体共同溶解在同一溶剂中，然后去除溶剂得到石墨烯材料/聚合物纳米复合材料，这种方法可以使石墨烯材料分散均匀，但是需要大量使用有机溶剂，不环保，难以大规模推广。同时，溶剂的去除也不方便，具有较大的能耗。原位聚合法既可以使石墨烯材料在聚合物基体均匀分散，又相对环保，因此是实践中最为常用的制备方法。但是原位聚合法也存在明显的缺点：对石墨烯材料的含量有限制，由于石墨烯材料的比表面积很大，当石墨烯材料在聚合物的单体中的含量超过3％时，聚合物的单体就很难发生原位聚合反应，石墨烯材料含量的限制也限制了石墨烯材料/聚合物纳米复合材料性能的改善，进而也限制了原位聚合法的实际应用。可见，目前用于制备石墨烯材料/聚合物纳米复合材料的方法都因各自存在缺陷而不适合实际中的工业化规模生产，因此，也限制了石墨烯材料/聚合物纳米复合材料的发展。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种工艺简单、能够进行大规模生产的石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法。本专利技术的另一个目的是提供一种具有高导电、高导热、力学性能优异的石墨烯材料/聚合物纳米复合材料，其由上述的制备方法制成。除非另外定义，本文所使用的所有科技术语具有如本专利技术所属领域中的普通技术人员所共知的相同含义。在矛盾的情况下，以包括定义的本说明书为准。本专利技术描述了合适的方法和材料，但类似于或相当于本专利技术所述方法和材料可用于实施或检验本专利技术。本专利技术中，所述的份数都为质量份数。一种石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法，其包括以下步骤：(1)、将石墨烯材料和聚合物微球在分散介质中共混，得到共混液；石墨烯材料和聚合物微球不溶于分散介质；(2)、对共混液进行分散处理，得到分散液；(3)、除去分散液中的分散介质，并进行干燥处理，得到石墨烯材料/聚合物微球共混粉体；(4)、使石墨烯材料/聚合物微球共混粉体成型，得到石墨烯/聚合物纳米复合材料。其中，在步骤(1)中，石墨烯材料的成分可以选自单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯或多层石墨烯中的一种以上。双层石墨烯是由2层以六角形蜂巢结构周期性堆积的碳原子片层堆垛而成，碳原子片层的间距可以为0-0.5纳米，也可以为0.1-0.4纳米，还可以为0.2-0.3纳米。少层石墨烯是由3至10层以六角形蜂巢结构周期性堆积的碳原子片层堆垛而成，每层碳原子片层的间距为0-0.5纳米，也可以为0.1-0.4纳米，还可以为0.2-0.3纳米。多层石墨烯是由11层以上以六角形蜂巢结构周期性堆积的碳原子片层堆垛而成，但要保证总堆垛厚度不超过10纳米，每层碳原子片层的间距为0-0.5纳米，也可以为0.1-0.4纳米，还可以为0.2-0.3纳米。石墨烯材料的状态可以为粉体石墨烯或浆体石墨烯。粉体石墨烯是粉状的石墨烯，其粒径可以为0.01-100微米，也可以为0.1-80微米，还可以为0.5-50微米，可以进一步为1-25微米，比表面积可以为100-2500m2/g，也可以为200-2000m2/g，还可以为500-1500m2/g，进一步可以为800-1200m2/g。浆体石墨烯是在分散剂的作用下将粉体石墨烯分散在油性溶剂或水性溶剂中而成。分散剂可以为十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠、赖氨酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸、聚氧化乙烯中的一种或多种，油性溶剂可以为N-甲基吡咯烷酮和N，N二甲基甲酰胺，水性溶剂可以为水。上述的石墨烯材料的表面可以经过氧化处理或改性处理。氧化处理是采用氧化剂对石墨烯材料的表面进行氧化。氧化剂可以选自高锰酸钾、浓硫酸、浓硝酸或次氯酸钠中的一种以上。改性处理是在石墨烯材料的表面接上活性基团。活性基团选自羟基、羧基或烷基中的一种以上。石墨烯材料的质量占聚合物微球的质量的0.001-80％，可选为0.005-70％，再可选为0.01-60％，又可选为0.05-50％，进一步可选为0.1-30％，更进一步可选为0.2-20％，再进一步可选为0.5-15％，又进一步可选为1-10％。聚合物微球选自单体聚合物微球或聚合物复合微球中的至少一种。单体聚合物微球是指一种聚合单体发生聚合反应后形成的微球。可选地，单体聚合物微球选自PA6微球、PA11微球、PA12微球、聚苯乙烯微球中的至少一种。聚合物复合微球是指两种以上聚合单体发生共聚反应后形成的微球。可选地，聚合物复合微球选自PA6/12微球、PA6/10微球、PA6/10/T微球、PA6/12/T微球中的至少一种。聚合物微球的表面形态多种多样，可以选自圆形微球、椭圆形微球、草莓形微球、高尔夫形微球、红细胞形微球、汉堡形微球、雪人形微球、哑铃状微球、糖果形微球、洋葱形微球、章鱼形微球、空心微球、多孔微球以及小微球集合形微球中的至少一种。聚合物微球的粒径为0.01纳米-1000微米，可选为0.02-1000纳米，再可选为0.05-800纳米，又可选为0.1-500纳米，更可选为0.2-200纳米，进一步可选为0.3-100纳米，再进一步可选为0.5-50纳米，更进一步可选为1-30纳米，又进一步可选为2-15纳米。聚合物微球的表面可以经过功能化处理，从而形成功能化微球。功能化处理是指在聚合物微球的表面接上功能化基团。功能化基团可以为羟基、氨基或羧基中的一种以上。在步骤(1)中，分散介质为无污染或低污染并且易挥发的分散介质，例如，可以为水或乙醇。在步骤(2)中，分散处理选自超声波分散、机械搅拌或磁力搅拌中的至少一种。分散处理的时间为5分钟-24小时。超声波分散可以由超声波分散仪器进行，超声波分散仪器包括超声波清洗器、超声波细胞粉碎机、超声波声化学处理器或大功率超声波处理器。超声波分散仪器的超声功率为100～10000瓦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：/n(1)、将石墨烯材料和聚合物微球在分散介质中共混，得到共混液；所述石墨烯材料和所述聚合物微球不溶于所述分散介质；/n(2)、对所述共混液进行分散处理，得到分散液；/n(3)、除去所述分散液中的分散介质，并进行干燥处理，得到石墨烯材料/聚合物微球共混粉体；/n(4)、使所述石墨烯材料/聚合物微球共混粉体成型，得到石墨烯/聚合物纳米复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/聚合物纳米复合材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)、将石墨烯材料和聚合物微球在分散介质中共混，得到共混液；所述石墨烯材料和所述聚合物微球不溶于所述分散介质；
(2)、对所述共混液进行分散处理，得到分散液；
(3)、除去所述分散液中的分散介质，并进行干燥处理，得到石墨烯材料/聚合物微球共混粉体；
(4)、使所述石墨烯材料/聚合物微球共混粉体成型，得到石墨烯/聚合物纳米复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯材料的成分选自单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯或多层石墨烯中的一种以上；
优选地，所述双层石墨烯是由2层以六角形蜂巢结构周期性堆积的碳原子片层堆垛而成，碳原子片层的间距为0～0.5纳米；和/或，
所述少层石墨烯是由3至10层以六角形蜂巢结构周期性堆积的碳原子片层堆垛而成，每层碳原子片层的间距为0～0.5纳米；和/或，
所述多层石墨烯是由11层以上以六角形蜂巢结构周期性堆积的碳原子片层堆垛而成，总堆垛厚度不超过10纳米，每层碳原子片层的间距为0～0.5纳米。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯材料的状态为粉体石墨烯或浆体石墨烯；
优选地，所述粉体石墨烯的粒径为0.01～100微米，比表面积为100～2500m2/g；和/或，
所述浆体石墨烯是在分散剂的作用下将粉体石墨烯分散在油性溶剂或水性溶剂中而成；
更优选地，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠、赖氨酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸、聚氧化乙烯中的一种或多种，所述油性溶剂为N-甲基吡咯烷酮和N，N二甲基甲酰胺，所述水性溶剂为水。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯材料的表面经过氧化处理或改性处理；和/或，
所述石墨烯材料的质量占所述聚合物微球的质量的0.001-80％，优选为0.005-70％，再优选为0.01-60％，又优选为0.05-50％，进一步优选为0.1-30％，更进一步优选为0.2-20％，再进一步优选为0.5-15％，又进一步优选为1-10％；
优选地，所述氧化处理是采用氧化剂对所述石墨烯材料的表面进行氧化；和/或，
所述改性处理是在所述石墨烯材料的表面接上活性基团；
更优选地，所述氧化剂选自高锰酸钾、浓硫酸、浓硝酸或次氯酸钠中的一种以上；和/或，
所述活性基团选自羟基、羧基或烷基中的一种以上。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述聚合物微球选自单体聚合物微球或聚合物复合微球中的至少一种；和/或，
所述的聚合物微球选自圆形微球、椭圆形微球、草莓形微球、高尔夫形微球、红细胞形微球、汉堡形微球、雪人形微球、哑铃状微球、糖果形微球、洋葱形微球、章鱼形微球、空心微球、多孔微球以及小微球集合形微球中的至少一种；和/或，
所述的聚合物微...

【专利技术属性】
技术研发人员：付绪兵，杨桂生，
申请(专利权)人：上海杰事杰新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31