一种石墨烯/聚酰胺介电复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石墨烯/聚酰胺介电复合材料的制备方法，属于导电填料掺杂制 备良好介电性能复合材料的领域。
【背景技术】
[0002] 高介电材料具有良好的均匀电场和储存电能的作用，在电机、电子行业中都有非 常重要的应用。其中无机压电陶瓷具有高介电常数和高热稳定性等优点，但其脆性大、加工 温度较高，且与目前电路集成加工技术的相容性较差等缺点限制了它的应用。而聚合物具 有优良的冲击性能、良好的力学性能、良好的电绝缘性、优越的加工性能、低介电损耗、以及 低成本等优点，随着电力工业、电子信息的快速发展，储能密度高、重量轻的大功率电容器 的需求越来越大，以低成本生产兼顾高介电常数和低介电损耗的聚合物基纳米功能复合材 料成为研宄的热点。这就要求必须采用介电常数高、介电损耗小、低密度的介电材料作为电 荷储存的载体。然而聚合物本身的介电常数低，这就需要高介电填料的加入。
[0003] 目前提高聚合物基复合材料最有效的方法是掺杂导体或半导体填料。该类填料 提高聚合物基复合材料的介电常数是基于逾渗理论，当导电填料的填料分数达到逾渗阈值 时，复合材料会发生由绝缘体向导体的突变；当导电填料的填料分数接近逾渗阈值时，复合 材料的介电常数就会急剧增加，这是添加导电填料的关键点。但是逾渗阈值附近，复合材料 的介电常数很高，但是介电损耗也很大，为了保证复合材料介电常数和低介电损耗同时兼 备，首先要改善导电填料在聚合物基体中的分散，另外也可以通过在导电填料的表面包覆 一层有机层来降低介电损耗。通过用氧化石墨烯包覆碳纳米球，可以减少石墨烯的用量，再 用多巴胺包覆氧化石墨烯，可以改善石墨烯与基体的分散性，在低石墨烯填充量的条件下， 可得到高介电常数、低介电损耗的石墨稀介电复合材料。
[0004] 聚酰胺是极性聚合物，在聚酰胺基体中引入介电填料，可以制备聚酰胺介电材料。 本专利所采用的复合材料基体为一种新型的生物基聚酰胺。在能源、资源与环境都受到严 重挑战的今天，以大量能源资源消耗为代价的化工工业正在面临严峻的考验。充分利用可 再生资源、减少对石油等不可再生的化石资源的依赖对促进全球经济的可持续发展具有十 分重大的意义。开发生物基高分子材料符合可持续发展的科学发展观和循环经济的理念。 将氧化石墨烯基介电填料加入生物基聚酰胺基体中得到的复合材料对高介电材料的发展 具有重要的意义。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种石墨烯/聚酰胺介电复合材料的制备方法。首先采用生 物质单体衣康酸、癸二胺、丁二胺进行缩聚得到生物基聚酰胺基体原料，接着将其乙醇溶液 与氧化石墨烯基介电填料的水溶液进行溶液混合以制备石墨烯/聚酰胺介电复合材料，最 后对复合材料进行进行压片以备测试。
[0006] 本发明所提供的一种石墨烯/聚酰胺介电复合材料的制备方法，包括步骤如下：
[0007] 1、生物基聚酰胺的制备
[0008] 采用来源于可再生的生物资源衣康酸、癸二酸、癸二胺和丁二胺进行缩聚反应，制 取生物基聚酰胺。合成的反应式如下：
[0009]
【主权项】
1. 一种石墨烯/聚酰胺介电复合材料的制备方法，其特征在于步骤如下： D制备癸二酸：衣康酸：癸二胺：丁二胺单体摩尔比为2:8:5:5的生物基聚酰胺，将制 得的生物基聚酰胺在70~80°C真空条件下干燥24-36h ; 2) 氧化石墨烯基介电填料的制备：将碳纳米球在300-1000W的超声功率下超声2-5h 后超声分散于去离子水中得到碳纳米球悬浮液，然后将其倒入氧化石墨烯水溶液中，其中 碳纳米球与氧化石墨烯的质量比为2:1，在25-45°C下搅拌2-5h，反应结束后抽滤、冷冻干 燥，得到氧化石墨烯包覆碳纳米球的粉末；将该粉末超声分散于去离子水中，l_3h后，调节 溶液PH值为8-9,然后加入多巴胺，其中多巴胺与碳纳米球的质量比为1:3,在40-60°C下搅 拌24-48h，抽滤洗涤，冷冻干燥，得到产物氧化石墨烯基介电填料； 3) 石墨烯/聚酰胺介电复合材料的制备：将生物基聚酰胺溶解在乙醇中，再将氧化石 墨烯基介电填料于300-1000W的超声功率下超声l-3h后分散在去离子水中，得到稳定的氧 化石墨烯基介电填料悬浮液；将得到的悬浮液加入到溶解好的聚酰胺基体中，其中氧化石 墨烯基介电填料与生物基聚酰胺的质量比为2:1-10:1，搅拌反应lh，用旋转蒸发仪将得到 的混合溶液的溶剂除去，将得到的混合物真空烘干得到石墨烯/聚酰胺复合材料； 4) 熔融挤出成型：将石墨烯/聚酰胺复合材料通过微量注射成型仪得到厚度为1mm的 复合材料膜片，成型温度为150_180°C，挤出压力为500-800bar。
【专利摘要】本发明涉及一种石墨烯/聚酰胺介电复合材料的制备方法，该复合材料包括生物基聚酰胺基体、氧化石墨烯基介电填料，其中氧化石墨烯基介电填料是用氧化石墨烯包覆碳纳米球，然后再用聚多巴胺包覆氧化石墨烯得到的，并且该介电填料以纳米水平分散在生物基聚酰胺基体中。碳纳米球的加入降低了石墨烯的用量，多巴胺的加入改善了氧化石墨烯在聚酰胺基体的分散问题，同时还对氧化石墨烯有一定的还原作用，从而获得了高介电常数、低介电损耗的石墨烯/聚酰胺介电复合材料。
【IPC分类】C08K9-10, C08K3-04, C08L77-06, C08G69-28, C08G69-26
【公开号】CN104650581
【申请号】CN201510065407
【发明人】贾清秀, 张慧敏, 张玉芳
【申请人】北京服装学院
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月8日