专利名称：超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料及制备方法。
背景技术：
石墨烯是一层由碳原子以SP2杂化连接而成的二维碳原子层，其厚度只有0.；34 nm,是目前发现的最薄的二维纳米材料。经研究发现，石墨烯具有超高强度、极大的比表面积，高的热导率以及载流子迁移率等多种优异的特质，使其在晶体管，超级电容器，选择透过性膜，增强材料等诸多领域具有广泛的应用前景。但是石墨烯在一般溶剂中很难溶解或分散，从而限制了其结构性能的深入研究以及工业上的广泛应用。研究发现化学改性是制备可溶解石墨烯的有效方法。如天然石墨在浓硫酸、过二硫酸钾、五氧化二磷、高锰酸钾、 双氧水等强氧化剂作用下，经超声分散，可得到氧化石墨烯(V. C. Tung, et al. Nat. Nanotechnol.，2009，4，25 - 29)。氧化石墨烯可以较好的分散在水和N-甲基2-吡咯烷酮等极性有机溶剂中。以氧化石墨烯为原料进行功能化并还原，可制得具有一定分散性的功能化石墨烯。近几年来，已有一些聚合物接枝石墨烯的报道，如通过叠氮化物与氧化石墨烯反应，可以将聚合物链接枝到石墨烯表面制得分散性好的功能化石墨烯(H. K. He, et al. Chem. Mater. 2010，22, 5054-5064)；利用原位缩聚法将尼龙接枝到石墨烯表面，提高了其溶解性(Z. Xu, et al. Macromolecules 2010, 43, 6716-6723)；通过乙烯基单体原位自由基聚合(L. Y. Kan, et al. Macromolecules, 2011，44, 444-452)，将各种聚合物链接枝到石墨烯表面等，为聚合物接枝石墨烯开辟了新路。超支化聚合物(Hyperbranched polymers)已被认为是继线形、轻度支化、交联高分子之后的第四类高分子(C. Gao, D. Yan, Prog. Polym. Sci. 2004，29, 183-275)。 由于具有独特的三维结构，溶解性好，熔体和溶液的粘度小，大量的末端官能团等优异性能，超支化聚合物在涂料、助剂、纳米粒子稳定剂等领域具有广阔的应用前景。超支化聚缩水甘油醚是一种典型的多羟基超支化聚合物，经缩水甘油开环聚合而成，分子量可在几千到几十万范围内调整，可溶解在水、醇和极性有机溶剂中(L. Zhou, et al. Chem. Mater. 2011，23, 1461-1470)。如能将超支化聚缩水甘油醚接枝到石墨烯上，则可能制备出多官能基功能化石墨烯。但是，如何将超支化聚合物简单方便的接枝到石墨烯上得到具有良好分散性的功能化石墨烯仍然是一个挑战。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料及制备方法。超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料是由超支化聚缩水甘油醚均勻包覆在石墨烯上构成的，超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料的单片高度为1.5-8 nm。所述的超支化聚缩水甘油醚由缩水甘油单体经开环聚合而得。
所述的超支化聚缩水甘油醚的重量含量为超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料总重量的10-65%。超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料的制备方法是在反应器中加入1 重量份的氧化石墨烯，50-2000重量份的溶剂，1-100重量份的超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热到140-220 °C，反应2-50 h,经离心，洗涤，干燥，得到超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料。所述的溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、 二甲亚砜、环丁砜，或者它们的混合物。本发明利用原子力显微镜和扫描电子显微镜等对聚合物接枝石墨烯的形貌进行了观察，采用红外光谱、热失重等对其进行了结构表征。得到的超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯在水及极性有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮、N, N-二甲基甲酰胺中具有良好的分散性，可经溶液加工成膜，可应用于涂料、机械润滑、生物润滑、纳米载药、多官能分子反应平台、纳米复合材料等领域。本发明的制备方法与传统的制备方法比较，具有明显的优点，如操作简单易行、可重复性好、可大量制备等。
图1是超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯的热失重曲线，聚合物的接枝量可以达到 65%，其中GO为氧化石墨烯，GHPG1，GHPG2, GHPG3代表不同分子量超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料。图2是本发明制备的超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯的原子力显微镜照片，可见超支化聚缩水甘油醚均勻高密度地接枝在石墨烯表面。
具体实施例方式超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料是由超支化聚缩水甘油醚均勻包覆在石墨烯上构成的，超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料的单片高度为1.5-8 nm。所述的超支化聚缩水甘油醚由缩水甘油单体经开环聚合而得。所述的超支化聚缩水甘油醚的重量含量为超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料总重量的10-65%。超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料的制备方法是在反应器中加入1 重量份的氧化石墨烯，50-2000重量份的溶剂，1-100重量份的超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热到140-220 °C，反应2-50 h,经离心，洗涤，干燥，得到超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料。所述的溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N_ 二甲基甲酰胺、N，N_ 二甲基乙酰胺、 二甲亚砜、环丁砜，或者它们的混合物。下面通过实施例对本发明进行具体描述，本实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改变和调整，均属于本发明的保护范围。实施例1
在反应瓶中加入20mg氧化石墨烯，Ig N-甲基-2-吡咯烷酮，2g超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热至160°C，反应16 h,经离心，N，N-二甲基甲酰胺洗涤，真空干燥，得到超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料产物，其中超支化聚缩水甘油醚的重量含量为65%。实施例2:
在反应瓶中加入20mg氧化石墨烯，0. 5g N-甲基-2-吡咯烷酮，20 mg超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热至160°C，反应Mh，经离心，N，N- 二甲基甲酰胺洗涤，真空干燥，得到超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料产物，其中超支化聚缩水甘油醚的重量含量为 10%。实施例3
在反应瓶中加入20mg氧化石墨烯，40g环丁砜，IOOmg超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热至220°C，反应池，经离心，N，N-二甲基甲酰胺洗涤，真空干燥，得到超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料产物。实施例4
在反应瓶中加入20mg氧化石墨烯，IOg N, N- 二甲基甲酰胺，200mg超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热至140°C，反应50h，经离心，甲醇洗涤，真空干燥，得到超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料产物。实施例5
在反应瓶中加入20mg氧化石墨烯，IOg N, N- 二甲基乙酰胺，200mg超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热至150°C，反应30h，经离心，甲醇洗涤，真空干燥，得到超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料产物。实施例6
在反应瓶中加入IOmg氧化石墨烯，IOg 二甲基亚砜，200mg超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热至150°C，反应30h，经离心，甲醇洗涤，真空干燥，得到超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料产物。
权利要求
1.一种超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料，其特征在于它是由超支化聚缩水甘油醚均勻包覆在石墨烯上构成的，超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料的单片高度为 1. 5-8 nm0
2.根据权利要求1所述的一种超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料，其特征在于所述的超支化聚缩水甘油醚由缩水甘油单体经开环聚合而得。
3.根据权利要求1所述的一种超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料，其特征在于所述的超支化聚缩水甘油醚的重量含量为超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料总重量的10-65%。
4.一种如权利要求1所述超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于在反应器中加入1重量份的氧化石墨烯，50-2000重量份的溶剂，1-100重量份的超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热到140-220 °C，反应2-50 h,经离心，洗涤，干燥，得到超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述的溶剂选自N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲亚砜、环丁砜，或者它们的混合物。
全文摘要
本发明公开了一种超支化聚缩水甘油醚接枝石墨烯纳米复合材料及制备方法。它是由超支化聚缩水甘油醚均匀包覆在石墨烯上构成的，超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料的单片高度为1.5-8nm。其制备方法为在反应器中加入1重量份的氧化石墨烯，50-2000重量份的溶剂，1-100重量份的超支化聚缩水甘油醚，通氮气，加热到140-220℃，反应2-50h，经离心，洗涤，干燥，得到超支化聚合物接枝石墨烯纳米复合材料。本发明方法简便、工艺简单、可规模化生产。本发明所得的功能化石墨烯具有良好的溶解性，表面羟基密度高，可进一步功能化，溶液加工性好，可导电，在微纳电子、机械、化工、高性能材料等领域有着广泛的应用价值。
文档编号C08G65/324GK102352030SQ20111020884
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者胡晓珍, 高超 申请人:浙江大学