石墨烯聚酯复合材料及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯聚酯复合材料，其包括一以多个二元酸分子与多个二元醇分子聚合而成的聚合物分子链及多个石墨烯，各石墨烯在聚合之前嫁接于各二元醇分子。聚合物分子链可为聚对苯二甲酸乙二酯分子链。石墨烯聚酯复合材料的制作方法步骤包括：将一石墨以一超临界二氧化碳与氧化剂的溶液进行氧化成一氧化石墨；将氧化石墨剥离成多个氧化石墨烯；将各氧化石墨烯还原成多个还原氧化石墨烯；将各还原氧化石墨烯嫁接于一乙二醇得到一改质乙二醇；及将改质乙二醇与对苯二甲酸进行聚合得到一石墨烯聚酯复合材料。本发明专利技术具有可使石墨烯不随使用而脱落消失，并可通过不同种类的还原氧化石墨烯来实现不同的改质效果。化石墨烯来实现不同的改质效果。化石墨烯来实现不同的改质效果。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯聚酯复合材料及其制造方法


[0001]本专利技术是有关于一种石墨烯聚合物改质材料及其制造方法，特别是指一种将还原氧化石墨烯接枝于二元醇再行聚合的石墨烯聚酯复合材料及其制造方法。

技术介绍

[0002]石墨烯是由碳原子组成的六角蜂巢型晶格材料，只有一个碳原子厚度，使石墨烯具有许多独特的优异性能，例如：1.导电性极强：石墨烯的电阻率约为10
‑6ohm
·
cm，低于铜及银等金属。2.高导热性：石墨烯导热系数为5300w/m
·
k，高于钻石。3.超大比表面积：单层石墨烯的比表面积能够达到 2600m2/g，而普通的活性炭的比表面积为1500m2/g。4.超高强度：石墨烯的杨氏系数为1100GPa，奈米碳管为1000GPa。故石墨烯在各种材料领域皆引发了研究热潮，不论是添加至任何材料或是涂布于现有的材料外层的研究皆如雨后春笋般被发表。
[0003]石墨烯可作为多种功能性填加料，用以开发各式导电、导热、耐热、气体阻隔与结构增强的复合材料，石墨烯的高透光性也可作成PVA、PET膜。而常见石墨烯的量产方法为Hummers法(Hummers
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method)，其采用硫酸、过锰酸钾及硝酸钠等药品将石墨先行氧化后剥离成氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO)，再利用还原剂将氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯(ReducedGraphene Oxide,rGO)，而还原氧化石墨烯的还原程度是可以通过还原条件被控制的，通常还原程度越高，还原氧化石墨烯的导电率就越高。氧化石墨烯表面的官能基，如羧基、羰基、环氧基等可具亲水性(石墨原为疏水性)，一来可以帮助氧化石墨烯分散于水性溶液中、防止石墨烯之间的团聚变回石墨，二来官能基形成可控的化学缺陷，利用这些缺陷作为金属生长的成核中心，控制金属生长的目的，以改善催化的功能；或是如中国专利 CN 113174699中将还原氧化石墨烯应用于捕捉并杀死病毒。但Hummers法会产生有害的硫酸蒸气、二氧化氮及四氧化二氮等有害气体。
[0004]因为奈米级石墨烯添加物在单层的状态下其比表面积及凡得瓦力相当大，若是直接将石墨烯混入聚合完成的聚酯材料中再行纤维抽纱作业，石墨烯后容易在抽纱作业中升温时又再团聚或是迭合，石墨烯又是高宽厚比的材料，团聚或叠合后体积加大，在抽纱时容易造成喷头堵塞，形成压升过高，导致设备停机，故石墨烯无法直接混入纺织纤维中，需要另有将石墨烯分散的方法。
[0005]所以现有技术将石墨烯与聚酯材料结合的方法，大多为将石墨烯以涂布的方式附着于聚酯材料的外层，例如中国台湾专利证书号I646236中揭示，将石墨烯片调和成浆料后再涂布于一纤维的外侧的方法；或是中国台湾专利证书号I707906中揭示，制备一石墨烯树脂溶液，再将溶液涂布或印刷于一织物上形成一石墨烯恒温织物，以利用石墨烯的异向性热传导值、远红外线吸收与释放、高导电度等特性。此种涂布的方式，石墨烯只停留于聚酯材料的表层，在使用了一段时间后，石墨烯终将从聚酯材料上脱落，便失去其效果，影响使用寿命；且单层石墨烯在调和成浆料或溶液的过程及涂布的过程中还是有机会彼此团聚或是叠合，降低了石墨烯所带来的改良功效。
[0006]而另外有一种应用石墨烯的改质方式为将石墨烯嫁接(或称接枝)于其他聚合物，例如中国专利CN107709454中将石墨烯接枝于聚(丙烯腈
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CO
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顺丁烯二酰亚胺)作为滤水用的薄膜，并叙述到氧化石墨烯比石墨烯更能均匀地分散，氧化石墨烯也能改变石墨烯的疏水性；或是中国专利CN106543534中将石墨烯接枝于双氨基封端的聚乙二醇(PEG)或聚乙烯醇(PVA)，再加入另一聚合物中，让石墨烯能均匀分布。
[0007]有鉴于此，本专利技术人乃潜心研思、设计组制，提供一种石墨烯聚酯复合材料及其制造方法，即为本专利技术所欲研创的专利技术动机。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的，即在提供一种石墨烯聚酯复合材料及其制造方法，可以使石墨烯均匀分布在聚酯中不会再聚集，且可以通过控制石墨烯的还原氧化程度来改变聚酯复合材料的性质。
[0009]本专利技术的石墨烯聚酯复合材料，其包括一以多个二元酸分子与多个二元醇分子聚合而成的聚合物分子链及多个石墨烯，各石墨烯在聚合之前嫁接于各二元醇分子。各二元酸分子可分别为对苯二甲酸(Terephthalic acid,TA)分子，各二元醇分子可分别为乙二醇(Ethylene glycol,EG)分子，聚合物分子链可为聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)分子链。嫁接于聚合物分子链的各石墨烯便不会再互相聚集成一团。
[0010]进一步的，各石墨烯可分别为单层还原氧化石墨烯，而非多层团聚或叠合的状态。各石墨烯的长度可在5～30微米之间。各石墨烯与聚合物分子链的重量百分比可在0.1wt％～10wt％之间。
[0011]进一步的，因量产石墨烯的常用方法为使用Hummers法制造氧化石墨再剥离出单层氧化石墨烯，故石墨烯的应用形态亦包含氧化石墨烯(GrapheneOxide,GO)与将GO进行还原而制作成的还原氧化石墨烯(Reduced GrapheneOxide,rGO)，GO表面的氧化层可以防止石墨烯彼此层叠聚集，帮助石墨烯分散；且氧化石墨烯的表面具有氧化层带来的功能键(function key，例如羟基及羧基)可以改变氧化石墨烯的表面特性，并可以依照最终成品的性质要求来计划性的还原GO以制作rGO，例如可以让rGO具有吸收UV的特性、让 rGO的表面性具备亲水性或疏水性或是能捕捉病原体；GO因为氧化所以导电率下降，rGO则可以控制还原程度来达到需要的导电率；故rGO的应用面有非常高的弹性。若是将各种功能性的rGO与聚酯共同聚合，便能创造出各种特殊性质的石墨烯聚酯复合材料。
[0012]本专利技术的石墨烯聚酯复合材料的制造方法包含：将一石墨以一超临界二氧化碳与氧化剂之溶液进行氧化成一氧化石墨；将氧化石墨剥离成多个氧化石墨烯；将各氧化石墨烯还原成多个还原氧化石墨烯；将各还原氧化石墨烯嫁接于一乙二醇得到一改质乙二醇；及将改质乙二醇与对苯二甲酸进行聚合得到一石墨烯聚酯复合材料。各还原氧化石墨烯可分别为单层还原氧化石墨烯，而非多层团聚或叠合的状态。
[0013]因为超临界二氧化碳有高度渗透进石墨层间并且移动的能力，超临界二氧化碳可以将溶解在其中的氧化剂传输到石墨层之间，让石墨层之间形成氧化层，再使用超音波震荡等方式来将氧化石墨烯剥离(Exfoliation)开来，让氧化石墨烯可以分散在水性溶液之内。使用超临界二氧化碳便不会像Hummers 法一样需耗费硫酸又产生有害气体。
[0014]氧化石墨烯的还原可以使用水热还原法(Hydrothermal reduction)来进行，较为
简单、安全及经济。例如在190℃还原24小时。也可以用水合联氨 (Hydrazine hydrate)、对苯二酚(Hydroquinone)、硼氢化钠(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯聚酯复合材料，其特征在于：其包括一以多个二元酸分子与多个二元醇分子聚合而成的聚合物分子链及多个石墨烯，各石墨烯在聚合之前嫁接于各二元醇分子。2.如权利要求1所述的石墨烯聚酯复合材料，其特征在于：各二元酸分子分别为对苯二甲酸分子，各二元醇分子分别为乙二醇分子，该聚合物分子链为聚对苯二甲酸乙二酯分子链。3.如权利要求1所述的石墨烯聚酯复合材料，其特征在于：各石墨烯分别为一还原氧化石墨烯。4.如权利要求1所述的石墨烯聚酯复合材料，其特征在于：各石墨烯的长度在5~30微米之间。5.如权利要求1所述的石墨烯聚酯复合材料，其特征在于：各石墨烯与该聚合物分子链的重量百分比在0.1w...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖文町，
申请(专利权)人：纺安股份有限公司，
类型：发明
国别省市：