一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨基复合材料是由石墨等材料作为基体或增强体，通过复合工艺组合而成的材料，属于无机非金属基复合材料，是耐温最高的材料，其强度随着温度升高而增加，在温度约为2500°C达到最大值，同时具有良好的抗腐蚀性能和抗热震性能。
[0003]聚乳酸是一种新型的生物降解材料，使用可再生的植物资源所提出的淀粉原料制成。淀粉原料经由糖化得到葡萄糖，再由葡萄糖及一定的菌种发酵制成高纯度的乳酸，再通过化学合成方法合成一定分子量的聚乳酸。其具有良好的生物可降解性，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。
[0004]聚乳酸具有最良好的抗拉强度及延展度，聚乳酸也可以各种普通加工方式生产，例如:熔化挤出成型，射出成型，吹膜成型，发泡成型及真空成型，与广泛使用的聚合物有类似的成形条件，此外它也具有与传统薄膜相同的印刷性能。如此，聚乳酸就可以应各不同业界的需求，制成各式各样的应用产品。
[0005]石墨烯是由碳原子以sp2杂化结合成的单原子碳层，结构非常稳定，具有优异的力学性能、奇特的电学性质和良好的热学性质。本发明人考虑，将石墨烯与聚乳酸材料共混,可以同时改善聚乳酸材料的冲击韧性和耐热性能。
[0006]纳米铜粉的比表面积大、表面活性中心数目多，在冶金和石油化工中是优良的催化剂。在工程结构材料的应用中，纳米铜晶体材料有着良好的拉伸性能和抗冲击强度，其力学性能与传统的铜材相比有着很明显的提升。因此纳米铜粉和与其有关的复合材料的研制具有重要的理论意义和实用价值。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题在于提供种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，本发明得到的复合材料具有良好的韧性、强度和耐热性能。
[0008]本发明采取的技术方案为:
一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(O以氧化剂对预氧化后的石墨进行氧化，得到氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮中超声，得到分散均匀的氧化石墨悬浮液；
(3)将氧化石墨悬浮液用氢氧化钠调节溶液pH=9-10，加入浓度为1.5-2.5g/L的硫酸铜溶液，在搅拌下，加入氧化石墨质量的3倍的维生素C，在85-95°C回流反应2.5_3h ；
(4)将质量百分数为0.6-0.8%，分子量为50000以上均匀分布的聚乳酸溶液加入到上述回流液中，聚乳酸溶液与回流液的体积比为1:5，控制温度为65-70°C将搅拌5-6h，静置分层，过滤后得到母料；
(5)向母料中加入粒度范围为300-400 u m，质量比为10: 3的钛粉:浙青组成的混合物，母料与混合物的质量比为20:1，升高温度为150-180°C搅拌20-30min，干燥，研磨，得到石墨烯复合材料。
[0009]上述的步骤(I)中氧化剂为浓硫酸、高锰酸钾、过硫酸钾、五氧化二磷和双氧水中的一种。
[0010]上述步骤(2)中氧化石墨烯分散液的浓度为0.3-0.6mg/mL ；
上述步骤(3)中氧化石墨与硫酸铜的质量比为1:1-1.5。
[0011]上述的步骤(4)中聚乳酸溶液为聚乳酸的四氢呋喃溶液或聚乳酸的三氯甲烷溶液。
[0012]上述步骤(5)中浙青为软化点位于90_100°C间的石油浙青。
[0013]发明的有益效果:
与现有技术相比，本发明提供的方法将氧化石墨烯均匀分散在聚乳酸中，不会发生集聚现象，石墨化起到催化作用，相应地，材料导热性能大大提高。材料之中添加了其它元素钛，从而对材料的机械强度及抗氧化性能都有所提高。纳米Cu粒子均匀地包覆在石墨烯薄片的表面，使其具有优良的导电性能和热稳定性能，本发明工艺简单，操作方便，生产效率高，具有良好的工业化生产前景。
【具体实施方式】
[0014]实施例1
一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(O以双氧水对预氧化后的石墨进行氧化，得到氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮中超声，得到浓度为0.5mg/mL分散均匀的氧化石墨悬浮液；
(3)将氧化石墨悬浮液用氢氧化钠调节溶液pH=9-10，加入浓度为2g/L的硫酸铜溶液，氧化石墨与硫酸铜的质量比为1: 1.3，在搅拌下，加入氧化石墨质量的3倍的维生素C，在90°C回流反应3h ；
(4)将质量百分数为0.8%，分子量为50000以上均匀分布的聚乳酸的三氯甲烷溶液加入到上述回流液中，聚乳酸溶液与回流液的体积比为1:5，控制温度为70°C将搅拌5h，静置分层，过滤后得到母料；
(5)向母料中加入粒度范围为300-400u m，质量比为10: 3的钛粉:软化点位于90-100°C间的石油浙青组成的混合物，母料与混合物的质量比为20:1，升高温度为170°C搅拌25min,干燥,研磨,得到石墨烯复合材料。
[0015]实施例2
一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)以浓硫酸对预氧化后的石墨进行氧化，得到氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮中超声，得到浓度为0.5mg/mL分散均匀的氧化石墨悬浮液；
(3)将氧化石墨悬浮液用氢氧化钠调节溶液pH=9-10，加入浓度为2g/L的硫酸铜溶液，氧化石墨与硫酸铜的质量比为1: 1.2，在搅拌下，加入氧化石墨质量的3倍的维生素C，在85 °C回流反应3h ；
(4)将质量百分数为0.6%，分子量为50000以上均匀分布的聚乳酸的三氯甲烷溶液加入到上述回流液中，聚乳酸溶液与回流液的体积比为1:5，控制温度为65°C将搅拌6h，静置分层，过滤后得到母料；
(5)向母料中加入粒度范围为300-400u m，质量比为10: 3的钛粉:软化点位于90-100°C间的石油浙青组成的混合物，母料与混合物的质量比为20:1，升高温度为150°C搅拌30min,干燥,研磨,得到石墨烯复合材料。
[0016] 实施例3
一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
(1)以高锰酸钾对预氧化后的石墨进行氧化，得到氧化石墨烯；
(2)将氧化石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮中超声，得到浓度为0.5mg/mL分散均匀的氧化石墨悬浮液；
(3)将氧化石墨悬浮液用氢氧化钠调节溶液pH=9-10，加入浓度为2.5g/L的硫酸铜溶液，氧化石墨与硫酸铜的质量比为1: 1.5，在搅拌下，加入氧化石墨质量的3倍的维生素C，在95 °C回流反应2.5h ；
(4)将质量百分数为0.8%，分子量为50000以上均匀分布的聚乳酸的三氯甲烷溶液加入到上述回流液中，聚乳酸溶液与回流液的体积比为1:5，控制温度为70°C将搅拌5h，静置分层，过滤后得到母料；
(5)向母料中加入粒度范围为300-400u m，质量比为10: 3的钛粉:软化点位于90-100°C间的石油浙青组成的混合物，母料与混合物的质量比为20:1，升高温度为180°C搅拌20min,干燥,研磨,得到石墨烯复合材料。
【主权项】
1.一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)以氧化剂对预氧化后的石墨进行氧化，得到氧化石墨烯； (2)将氧化石墨烯分散于N-甲基吡咯烷酮中超声，得到分散均匀的氧化石墨悬浮液； (3)将氧化石墨悬浮液用氢氧化钠调节溶液pH=9-10，加入浓度为1.5-2.5g/L的硫酸铜溶液，在搅拌下，加入氧化石墨质量的3倍的维生素C，在85-95°C回流反应2.5_3h ； (4)将质量百分数为0.6-0.8%，分子量为50000以上均匀分布的聚乳酸溶液加入到上述回流液中，聚乳酸溶液与回流液的体积比为1:5，控制温度为65-70°C将搅拌5-6h，静置分层，过滤后得到母料； (5)向母料中加入粒度范围为300-400u m，质量比为10: 3的钛粉:浙青组成的混合物，母料与混合物的质量比为20:1，升高温度为150-180°C搅拌20-30min，干燥，研磨，得到石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(I)中氧化剂为浓硫酸、高锰酸钾、过硫酸钾、五氧化二磷和双氧水中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中氧化石墨烯分散液的浓度为0.3-0.6mg/mL ； 根据权利要求1所述的一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中氧化石墨与硫酸铜的质量比为1:1-1.5。
4.根据权利要求1所述的一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(4)中聚乳酸溶液为聚乳酸的四氢呋喃溶液或聚乳酸的三氯甲烷溶液。
5.根据权利要求1所述的一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中浙青为软化点位于90-100°C间的石油浙青。
【专利摘要】本发明公开了一种高导电稳定性石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）得到氧化石墨烯（2）分散于N-甲基吡咯烷酮中超声，得到分散均匀的氧化石墨悬浮液（3）加入硫酸铜溶液，在搅拌下，加入维生素C回流（4）将聚乳酸溶液加入，得到母料（5）向母料中加入钛粉：沥青组成的混合物，干燥，研磨，得到石墨烯复合材料。本发明不会发生集聚现象，石墨化起到催化作用，材料导热性能大大提高。元素钛对材料的机械强度及抗氧化性能都有所提高。纳米Cu粒子使其具有优良的导电性能和热稳定性能，本发明工艺简单，操作方便，生产效率高，具有良好的工业化生产前景。
【IPC分类】C08K9-02, C08K13-06, C08L95-00, C08K9-04, C08L67-04, C08K3-08, C08K3-04
【公开号】CN104629275
【申请号】CN201310544741
【发明人】陶岩华
【申请人】青岛威腾石墨有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2013年11月7日