一种酰胺离子液体改性石墨烯-PA6复合材料及其制备方法

本发明涉及导热、散热，具体涉及一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法。

背景技术：

1、尼龙6(pa6)作为当前用量最大的工程塑料，有着优异的力学性能和加工性能，且耐溶剂性和耐候性优良，以pa6为基体制备导热复合材料可取代当前钢制导热散热产品，研究意义重大。然而，由于pa6本身导热性能很差(热导率约为0.25w·m-1·k-1)，低导热性能极大地限制了pa6应用。

2、石墨烯具有固有的高导热系数(5300w·m-1·k-1)，被广泛应用于导热复合材料中，石墨烯聚合物复合材料正在成为一种有前景的散热材料。然而导热填料和聚合物之间的界面热阻大是阻碍复合材料导热性能提高的关键因素之一。在聚合物基体中引入高导热填料会在聚合物和填料之间产生许多界面，从而导致界面热阻同时，由于聚合物基体与填料极性不同，相应的界面相容性较差，使得导热填料难以在聚合物中均匀分散，形成聚集。再加上界面上的间隙和缺陷，这些因素都会影响复合材料的导热性和其他力学性能。因此，引入导热填料需将其进行表面改性，改善聚合物与填料之间的界面相互作用，从而提高复合材料导热性能。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料及其制备方法。

2、为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料，其包括：酰胺离子液体改性石墨烯及pa6树脂，其中所述的酰胺离子液体改性石墨烯是由离子液体对石墨烯进行改性而制得，所述的离子液体由3-氯丙酰氯、一异丙胺和1-甲基咪唑反应制得。

4、一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法按如下三个步骤进行：

5、第一步：将3-氯丙酰氯和一异丙胺在溶剂中反应生成3-氯-n-异丙基丙酰胺盐，3-氯-n-异丙基丙酰胺盐和1-甲基咪唑反应，得到1-甲基-3-异丙基丙酰胺咪唑氯盐离子液体；

6、第二步：采制得的1-甲基-3-异丙基丙酰胺咪唑氯盐离子液体对石墨烯进行改性处理，得到酰胺离子液体改性石墨烯；

7、第三步：将所述酰胺离子液体改性石墨烯与pa6树脂进行熔融共混，即得到酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料。

8、所述1-甲基-3-异丙基丙酰胺咪唑氯盐离子液体的合成路线如下：

9、

10、所述的一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，在第一步，冰浴条件下，将3-氯丙酰氯滴加到一异丙胺中，滴加完毕后，在20-30℃下反应8-10h得到3-氯-n-异丙基丙酰胺盐；3-氯-n-异丙基丙酰胺盐与1-甲基咪唑，100-120℃回流反应24-36h，减压蒸馏除去溶剂，得到1-甲基-3-异丙基丙酰胺咪唑氯盐离子液体；

11、优选的，所述3-氯丙酰氯与一异丙胺的摩尔比为1:1-2:1；

12、优选的，所述3-氯-n-异丙基丙酰胺盐与1-甲基咪唑的摩尔比为1:1-2:1。

13、所述的一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，在第二步，向第一步制备的1-甲基-3-异丙基丙酰胺咪唑氯盐离子液体中加入溶剂，得到混合液；将石墨烯加入至含有研磨球的球磨罐中，然后将上述混合液加入至球磨罐中进行球磨，然后洗涤、抽滤、干燥得到产物；

14、优选的，所述球磨转速为100-200rpm/min；球磨时间为6-10h；

15、优选的，所述混合液与石墨烯的用量比为：(10-20)g:(200-250)ml。所述溶剂为甲醇、乙醇、dmf、thf中的一种与水的混合物，所述混合物中有机溶剂质量浓度为2％；

16、优选的，所述石墨烯为还原氧化石墨烯、膨胀石墨、电化学剥离石墨烯中的一种；

17、优选的，所述离子液体与石墨烯的质量比为0.01:1-0.05:1。

18、所述的一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，在第三步，将所述酰胺离子液体改性石墨烯与pa6树脂进行熔融共混，即得到酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料，该复合材料具备导热性能；

19、优选的，所述熔融共混温度为240-260℃；

20、优选的，酰胺离子液体改性石墨烯与pa6树脂的质量比为1:100-10:100；所述pa6树脂为cl115-e2、f136-e1、b3eg3、b33l、b3wg6中的一种或几种。

21、采用上述方法制得的酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料，其中酰胺离子液体、石墨烯和pa6树脂三者相互作用机理如图3所示；其中1-甲基-3-异丙基丙酰胺咪唑氯盐离子液体中的咪唑属于共轭结构，能够与石墨烯间产生π-π堆积相互作用，从而使石墨烯被离子液体修饰；离子液体中的酰胺基团可以与pa6树脂自身的酰胺基团形成氢键，从而改善石墨烯与pa6树脂在熔融共混过程中的界面相互作用，提高石墨烯在pa6树脂基体中的分散性；改性石墨烯之间也存在酰胺基团之间的氢键作用，使石墨烯可以相互接触，构建导热网络，提高导热性能；酰胺键的加入也破坏了pa6树脂内部的氢键相互作用，从而提高了复合材料的韧性。

22、本发明的优点与效果：

23、1、本发明提供了一种新的酰胺离子液体的制备方法，应用范围广泛。

24、2、离子液体与石墨烯之间的π-π相互作用，以及离子液体中的酰胺基团与pa6树脂中的酰胺基团形成的氢键，提高了石墨烯在pa6树脂中的分散性，解决了石墨烯在pa6树脂中团聚的问题。

25、3、本发明制备的酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料具有优异的导热性，而且力学性能优良。

技术特征：

1.一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料，其特征在于，包括：酰胺离子液体改性石墨烯及pa6树脂，所述酰胺离子液体改性石墨烯由离子液体对石墨烯进行改性而制得，所述离子液体由3-氯丙酰氯、一异丙胺和1-甲基咪唑反应制得。

2.根据权利要求1所述的一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料，其特征在于，所述石墨烯为还原氧化石墨烯、膨胀石墨、电化学剥离石墨烯中的一种；所述离子液体与石墨烯的质量比为0.01:1-0.05:1。

3.根据权利要求1所述的一种酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料，其特征在于，所述酰胺离子液体改性石墨烯与pa6树脂的质量比为1:100-10:100；所述pa6树脂为cl115-e2、f136-e1、b3eg3、b33l、b3wg6中的一种或几种。

4.权利要求1-3任一项所述的酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一步中，冰浴条件下，将3-氯丙酰氯滴加到一异丙胺中，滴加完毕后，在20-30℃下反应8-10h得到3-氯-n-异丙基丙酰胺盐；3-氯-n-异丙基丙酰胺盐与1-甲基咪唑，100-120℃回流反应24-36h，减压蒸馏除去溶剂，得到1-甲基-3-异丙基丙酰胺咪唑氯盐离子液体。

6.根据权利要求4所述的酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一步中，所述3-氯丙酰氯与一异丙胺的摩尔比为1:1-2:1；所述3-氯-n-异丙基丙酰胺盐与1-甲基咪唑的摩尔比为1:1-2:1。

7.根据权利要求4所述的酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二步中，向第一步制备的1-甲基-3-异丙基丙酰胺咪唑氯盐离子液体中加入溶剂，得到混合液；将石墨烯加入至含有研磨球的球磨罐中，然后将上述混合液加入至球磨罐中进行球磨，然后洗涤、抽滤、干燥得到产物。

8.根据权利要求4所述的酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，其特征在于，所述第二步中，所述球磨转速为100-200rpm/min；球磨时间为6-10h；所述混合液与石墨烯的用量比为：(10-20)g:(200-250)ml；所述溶剂为甲醇、乙醇、dmf、thf中的一种与水的混合物，所述混合物中有机溶剂质量浓度为2％；所述石墨烯为还原氧化石墨烯、膨胀石墨、电化学剥离石墨烯中的一种；所述离子液体与石墨烯的质量比为0.01:1-0.05:1。

9.根据权利要求4所述的酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，其特征在于，所述第三步中，所述熔融共混温度为240-260℃。

10.根据权利要求4所述的酰胺离子液体改性石墨烯-pa6复合材料的制备方法，其特征在于，所述第三步中，酰胺离子液体改性石墨烯与pa6树脂的质量比为1:100-10:100；所述pa6树脂为cl115-e2、f136-e1、b3eg3、b33l、b3wg6中的一种或几种。

技术总结
一种酰胺离子液体改性石墨烯‑PA6复合材料及其制备方法，包括酰胺离子液体改性石墨烯及PA6树脂，酰胺离子液体改性石墨烯是由离子液体对石墨烯进行改性而制得，离子液体由3‑氯丙酰氯、一异丙胺和1‑甲基咪唑反应制得。制备方法包括：1)3‑氯丙酰氯和一异丙胺反应生成3‑氯‑N‑异丙基丙酰胺盐，而后和1‑甲基咪唑反应，得到1‑甲基‑3‑异丙基丙酰胺咪唑氯盐离子液体；2)离子液体对石墨烯进行改性，得到酰胺离子液体改性石墨烯；3)酰胺离子液体改性石墨烯与PA6树脂进行熔融共混，得到酰胺离子液体改性石墨烯‑PA6复合材料。离子液体改性提高了石墨烯在PA6树脂中的分散性，有效提高了离子液体改性石墨烯‑PA6复合材料的导热性能和力学性能。

技术研发人员：梁兵,张佳玉
受保护的技术使用者：沈阳化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25