一种可染色性石墨烯-尼龙复合材料及其制备方法与流程

1.本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种可染色的石墨烯-尼龙复合材料的制备方法。


背景技术：

2.尼龙6、尼龙66为代表的尼龙纤维，以其优异的力学性能、电学性能、机械性能，以及良好的耐溶剂、耐磨、自润滑和加工成型性能等优点，在衣料用途、产业材料用途等中被广泛应用。特别是由于其良好的强度，耐磨、耐溶剂以及可染色等性能，大量应用于服装、绳索及网类材料。
3.但是随着科技的进步以及人们生活水平的提高，对尼龙纤维强度的要求越来越高。因此开发新的尼龙纤维品种成为日益重要的课题。增强改性的方式主要有纤维增强和填充增强。当加入碳纤维、石墨烯等碳材料进行增强时，由于碳材料本身是黑色的，导致所制得的复合材料大多为黑色材料，限制了尼龙复合材料在多种领域的应用。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种可染色的石墨烯-尼龙复合材料，通过加入助剂使复合材料变为灰白色，解决碳材料增强的聚酰胺复合材料不能染色的问题，拓宽石墨烯-尼龙材料的应用范围。本发明另一目的是提供一种可染色的石墨烯-尼龙复合材料的制备方法。
5.本发明的技术方案是：可染色的石墨烯-尼龙复合材料，以二甲基亚砜（dmso）为溶剂，由磺化石墨烯、尼龙和助剂聚合反应得到石墨烯-尼龙复合材料。磺化石墨烯、尼龙和助剂的质量百分比为15～35: 60～80:1～5。
6.助剂为三嗪-dsd酸类或二苯乙烯联苯类，三嗪-dsd酸类的结构式为：其中：r1为：—nhc6h4so3h、n(ch2ch3)
2 、—och2ch=ch
2 或—nhc6h5；r2为—oocc(ch3)2ch=ch2、—nhcoch=ch2或—och=ch2；二苯乙烯联苯类的结构式为：其中：r1为—ooc—ch=ch2、—ooc—c(ch3)=ch2、—hn—oc—ch=ch2、—nh—oc—c(ch3)=ch2；取代基r2、r3为c3-c8直链烷烃或带支链烷基；尼龙为尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12、尼龙610、尼龙612、尼龙46或尼龙1010。磺化石
墨烯的硫含量为0.5～50（重量）%。
7.本发明可染色的石墨烯-尼龙复合材料的制备方法，制备过程如下：
⑴
磺化石墨烯加入到二甲基亚砜（dmso）中，超声震荡0.5 h，得到质量浓度为20～100 mg/ml的磺化石墨烯-二甲基亚砜均匀分散液；
⑵ꢀ
将步骤
⑴
得到的磺化石墨烯-二甲基亚砜分散液与助剂和尼龙及溶剂二甲基亚砜加入到反应釜，160℃下聚合反应4 h，得到石墨烯-尼龙复合材料；制得的石墨烯-尼龙复合材料的颜色为灰白色，在所制得的灰白色石墨烯-尼龙复合材料中加入染料或颜料制成彩色石墨烯/尼龙复合材料。染料为亚甲基蓝或罗丹明b。在所制得的灰白色石墨烯-尼龙复合材料中加入亚甲基蓝或罗丹明b，制成彩色石墨烯-尼龙复合材料。加入其它燃料或颜料也是本发明的保护范围，制得的石墨烯-尼龙复合材料的颜色随染料或颜料不同而异。
8.本发明通过加入助剂进行聚合使石墨烯-尼龙复合材料变为灰白色，加入染料或颜料将其制成不同颜色石墨烯-尼龙复合材料，解决了碳材料增强的聚酰胺复合材料不能染色的问题，拓宽了石墨烯-尼龙材料的应用范围，同时提高了石墨烯-尼龙复合材料的质量，制备的复合材料具有良好的力学性能。可染色的石墨烯-尼龙复合材料可染成各种颜色，制成不同的制品。本发明可染色的石墨烯-尼龙复合材料的制备方法工艺流程简单，工艺条件缓和，有利于工业化应用。
附图说明
9.图1为灰白色石墨烯-尼龙6复合材料示意图；图2为石墨烯-尼龙6复合材料加入亚甲基蓝染色后示意图；图3为石墨烯-尼龙66复合材料加入罗丹明b染色后示意图。
具体实施方式
10.下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
11.实施例1以二甲基亚砜（dmso）为溶剂，由质量比20%的磺化石墨烯、78%尼龙6和2%的三嗪dsd 酸类助剂聚合反应制得石墨烯-尼龙复合材料。反应步骤如下：
⑴
磺化石墨烯（硫含量为0.5%）加入到二甲基亚砜（dmso）溶剂中，超声震荡0.5 h，得到质量浓度为20 mg/ml的磺化石墨烯-二甲基亚砜均匀分散液；
⑵
将步骤
⑴
得到的均匀分散液与三嗪dsd酸类助剂、尼龙6和溶剂dmso加入到反应釜，160℃下反应4 h，得到石墨烯-尼龙6复合材料；图1所示为本发明石墨烯-尼龙6复合材料的示意图，即染色前石墨烯-尼龙6复合材料示意图；
⑶
在所制得的灰白色石墨烯-尼龙6复合材料中加入亚甲基蓝，制成蓝色石墨烯-尼龙复合材料；图2为石墨烯-尼龙6复合材料加入亚甲基蓝染色后示意图，示意图经过了灰色处理；
⑷
将石墨烯-尼龙6复合材料用注塑机制成标准样条进行力学性能测试。
12.实施例2
以二甲基亚砜（dmso）为溶剂，由质量比25%的磺化石墨烯、72%尼龙66和3%的三嗪dsd酸类助剂聚合反应制得石墨烯-尼龙复合材料。反应步骤如下：
⑴
磺化石墨烯（硫含量为10%）加入到二甲基亚砜（dmso）溶剂中，超声震荡0.5 h，得到质量浓度为50 mg/ml的磺化石墨烯-二甲基亚砜均匀分散液；
⑵
将步骤
⑴
得到的均匀分散液与三嗪dsd酸类助剂、尼龙66和溶剂dmso加入到反应釜，160℃下反应4 h，得到石墨烯-尼龙66复合材料；
ꢀ⑶
在所制得的灰白色石墨烯-尼龙66复合材料中加入罗丹明b，制成粉红色石墨烯-尼龙复合材料；图3为石墨烯-尼龙66复合材料加入罗丹明b染色后示意图，示意图经过了灰色处理；
⑷
将石墨烯-尼龙66复合材料用注塑机制成标准样条进行力学性能测试。
13.实施例3以二甲基亚砜（dmso）为溶剂，由质量比35%的磺化石墨烯、60%尼龙610和5%的二苯乙烯联苯类助剂聚合反应制得石墨烯-尼龙复合材料。反应步骤如下：
⑴
磺化石墨烯（硫含量为30%）加入到二甲基亚砜（dmso）溶剂中，超声震荡0.5 h，得到质量浓度为80 mg/ml的磺化石墨烯-二甲基亚砜均匀分散液；
⑵
将步骤
⑴
得到的均匀分散液与三嗪dsd酸类助剂、尼龙610和溶剂dmso加入到反应釜，160℃下反应4 h，得到石墨烯-尼龙610复合材料；
⑶
在所制得的灰白色石墨烯-尼龙610复合材料中加入罗丹明b，制成粉红色石墨烯-尼龙复合材料；
⑷
将石墨烯-尼龙610复合材料用注塑机制成标准样条进行力学性能测试。
14.对实施例1～3制备的石墨烯-尼龙复合材料参照国家标准进行力学性能测试，测试结果见表1：表1 实施例石墨烯-尼龙复合材料力学性能检测结果性能指标测试标准实施例1实施例2实施例3拉伸强度（mpa）gb/t1040-20061029784弯曲强度（mpa）gb/t9341-2006175171144缺口抗冲击强度（kj/m2）gb/t1043-20089.51011