将0. 5g的氧化石墨加入到500ml水中，在800w的功率下超声分散30min，得到黄 棕色的氧化石墨稀悬浮液；之后将2. 45g氨水和0. 35g水合肼依次滴加到氧化石墨稀悬浮 液中，置于95°C的油浴中反应3小时；随着反应的进行，溶液逐渐变成了黑色；之后将反应 体系进行抽虑并用蒸馏水洗涤3次，将清洗后的石墨烯进行冷冻干燥处理，得到化学还原 石墨烯粉末（rGO)，放入储存器皿中保存。
[0040] 实施例1
[0041] 将三氯化铝（AlCl3)作为催化剂，加入到等规聚丙烯（PP)与热还原石墨烯（TrG) 熔融共混体系中，制备具有高含量TrG的PP/TrG复合材料母料。再通过抽提处理，除去母 料种的催化剂，之后将母料与PP共混制得具有较低含量TrG的PP/TrG复合材料，具体原 料及其重量比例如表1所示。
[0042] 具体制备方法如下：
[0043] 第一步，首先按上述组分备料；
[0044] 第二步，将等规PP和热还原石墨烯（TrG)置于60°C烘箱干燥12小时；
[0045] 然后，将第二步得到的等规PP、TrG投入转矩流变仪中密炼混合2min，之后再将 AlCl3加入到共混体系中密练混合lOmin，加工温度为180°C，之后再将复合物从转矩流变仪 中取出剪碎，制得含有催化剂的PP/TrG复合材料母料。
[0046] 第三步：将上述得到的复合物粉碎后置于索氏抽提器中进行抽提处理，抽提溶剂 为无水乙醇，温度为75°C，抽提时间为48h，从而去除母料中含有的催化剂。之后将复合物 置于60°C真空干燥箱中干燥24h。
[0047] 第四步：将第三步所得的去除催化剂的母料与PP按照表1所示石墨烯含量进行配 料，之后通过密练的方式进行熔融共混，加工温度为180°c，之后再将复合物从转矩流变仪 中取出剪碎，制得含有不同含量TrG的PP/TrG复合材料。
[0048] 将得到的PP/TrG复合材料通过模压成型压制成0. 5mm厚的薄片，用以测试材料的 相关性能，模压温度为190°C，压力为lOMPa。
[0049] 比较例1
[0050] 将等规聚丙烯（PP)与热还原石墨烯（TrG)熔融共混，制备具有高含量TrG的PP/ TrG复合材料母料。之后将母料与PP共混制得具有较低含量TrG的PP/TrG复合材料，具体 原料及其重量比例如表1所示。
[0051] 具体制备方法如下：
[0052] 第一步，首先按上述组分备料；
[0053] 第二步，将等规PP和热还原石墨烯（TrG)置于60°C烘箱干燥12小时；
[0054] 然后，将第二步得到的等规PP、TrG投入转矩流变仪中密炼混合12min，加工温度 为180°C，之后再将复合物从转矩流变仪中取出剪碎，制得含有催化剂的PP/TrG复合材料 母料。
[0055] 第三步：将第二步所得的母料与PP按照表1所示石墨烯含量进行配料，之后通过 密练的方式进行熔融共混，加工温度为180°C，之后再将复合物从转矩流变仪中取出剪碎， 制得含有不同含量TrG的PP/TrG复合材料对比样。
[0056] 将得到的PP/TrG复合材料通过模压成型压制成0. 5mm厚的薄片，用以测试材料的 相关性能，模压温度为190°C，压力为lOMPa。
[0057] 图1是本发明比较例1与实施例1所制得的聚丙烯/热还原石墨烯复合材料的SEM 图（a、b、d、e)和TEM图（c、f)。图I (a)和图I (b)为比较例1制得的填料含量为1.0 wt% 的聚丙稀/热还原石墨稀复合材料的SEM图，由图1和图2可知，在未经过AlCl3处理的PP/ TrG复合材料体系中，TrG在PP基体中出现了明显的团聚现象，进一步通过TEM(图1(c)， 对比例1所得复合材料的TEM图）观察发现，TrG片层堆砌明显，分散不均匀。相比而言， 图I (d)和图I (e)为实施例1制得的填料含量为1.0 wt. %的聚丙稀/热还原石墨稀复合 材料（PP/TrG (Al)-L 0)的SEM图，根据图I (d)，图I (e)可知，实施例1所得的PP/TrG(Al) 复合材料体系中，TrG在PP基体中的团聚体尺寸明显减小，并且团聚体的数量也显著降低， 图1(f)为实施例1所得复合材料的TEM图，观察结果发现，TrG在基体中的分散较均匀，大 部分被剥离成单片层石墨烯。
[0058] 图2 (a)是本发明不同填料含量下PP/TrG (Al)复合材料及纯PP的DSC降解曲线 图；图2(b)是不同填料含量下PP/TrG复合材料及纯PP的DSC降解曲线图。
[0059] 图3为不同含量填料下所得的PP/TrG (Al)复合材料和PP/TrG复合材料的氧化诱 导时间。
[0060] 图4为本发明不同含量填料下所制得的PP/TrG(Al)复合材料、PP/TrG复合材料 在氮气（a)、（c)和空气气氛（b)、⑷下的TGA降解曲线图。
[0061] 图2-图4表明，经过AlCl3处理后制备的PP/TrG(Al)复合材料相比未经过AlCl 3 处理制备的复合材料而言，复合材料的Ti (热分解温度）进一步提升，OIT (氧化诱导时间） 也进一步提升。并且由OIT结果可以确定，填料的最佳含量由0. 5wt. %变为0. 2wt. %，这可 能是由于石墨烯在PP基体中的分散得到了提升之后，其抗氧化效率得到了进一步的提升， 从而使得复合材料热氧稳定性能得到了进一步的提升。
[0062] 表1实施例原料及其重量配比
[0063]
[0065] 表2对比例原料及其重量配比
[0067] 表1、2中，TrG表示热还原石墨稀，rGO表示化学还原石墨稀。
[0068] 实施例 2-13
[0069] 实施例2-13的原料及其重量配比如表1所示，其制备方法同实施例1.
[0070] 对比例2-4
[0071] 对比例2-4的原料及其重量配比如表2所示，制备方法同比较例1。
[0072] 通过实验：经过路易斯酸处理后的石墨烯片层在聚合物基体中分散的更加均匀， 团聚体尺寸明显变小，团聚体数量也显著降低；同时发现，经过路易斯酸引发剂处理后所得 所得聚合物/石墨烯复合材料较未经过处理的聚合物/石墨烯复合材料体系的Ti高；且 OIT也进一步提高，这表明石墨烯的作用效率明显提升，这有助于提升聚合物的综合性能。
【主权项】
1. 一种提高石墨烯在聚合物基体中分散性的方法，其特征在于，在聚合物材料和石墨 烯中引入路易斯酸催化剂，各原料的质量配比为：聚合物材料：石墨烯：路易斯酸催化剂 =100 : 3 ~10 : 0· 1 ~2〇2. 根据权利要求1所述提高石墨烯在聚合物基体中分散性的方法，其特征在于，所述 方法为：将聚合物材料、石墨烯和路易斯酸催化剂于聚合物材料熔点之上热分解温度以下 熔融共混。3. 根据权利要求1或2所述提高石墨烯在聚合物基体中分散性的方法，其特征在于，聚 合物材料：石墨稀：路易斯酸催化剂=100 : 3~6 : 0. 5~1 ;优选的，聚合物材料：石 墨烯：路易斯酸催化剂=100 : 4 : 0.8。4. 根据权利要求1~3任一项所述提高石墨烯在聚合物基体中分散性的方法，其特征 在于，所述聚合物材料为聚烯烃、芳香族聚酯、脂肪族聚酯、聚酰胺树脂、聚苯乙烯、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛或聚偏二氟乙烯中的一种。5. 根据权利要求4所述提高石墨烯在聚合物基体中分散性的方法，其特征在于，所述 聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯及其共聚物；所述芳香族聚酯聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲 酸乙二醇酯；所述聚酰胺树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙610或尼龙6T。6. 根据权利要求1~5任一项所述提高石墨烯在聚合物基体中分散性的方法，其特征 在于，所述路易斯酸催化剂为三氯化铝、三氯化铁、三氟化硼、三氟甲磺酸中的一种。7. 根据权利要求1~6任一项所述提高石墨烯在聚合物基体中分散性的方法，其特征 在于，所述石墨稀为热还原石墨稀或还原氧化石墨稀。8. -种聚合物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下： a、 将聚合物材料、石墨烯和路易斯酸催化剂于聚合物材料熔点之上热分解温度以下熔 融共混得聚合物/石墨烯/路易斯酸催化剂复合材料；其中，各原料的质量配比为：聚合物 材料：石墨烯：路易斯酸催化剂=100 : 3~10 : 0. 1~2 ; b、 将步骤a所得的聚合物/石墨烯/路易斯酸催化剂复合材料经抽提处理除去路易斯 酸催化剂，得聚合物/石墨稀复合材料母料； c、 将步骤b所得的母料与纯聚合物于聚合物熔点之上热分解温度以下熔融混合，制备 得聚合物/石墨烯复合材料；其中，石墨烯占聚合物/石墨烯复合材料总质量的〇. 1~2 %。9. 根据权利要求8所述聚合物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b中， 抽提处理前，将步骤a所得的聚合物/石墨烯/路易斯酸催化剂复合材料先进行粉碎处理。10. 根据权利要求9所述聚合物/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤b中， 抽提溶剂为无水乙醇，抽提温度为70~80°C，抽提时间为40~50h;优选的，抽提温度为 75°C，抽提时间为48h。
【专利摘要】本发明提供一种提高石墨烯在聚合物基体中分散的方法，即首先将聚合物、石墨烯和路易斯酸催化剂以100︰3～10︰0.1～2组分配比进行熔融混合，得到聚合物/石墨烯复合材料母料。之后将路易斯酸去除，将制备的母料与聚合物混合得到含有较低石墨烯含量的纳米复合材料。所得到的聚合物/石墨烯复合材料与未采用路易斯酸催化剂处理得到的聚合物/石墨烯复合材料相比，前者聚合物基体中石墨烯分散更加均匀，团聚体明显减少，更加均匀的分散有助于进一步提升复合材料的热氧稳定性能。
【IPC分类】C08L77/02, C08L67/02, C08K3/04, C08L23/12, C08J3/22, C08L23/06, C08L77/06, C08J3/00
【公开号】CN105400157
【申请号】CN201510916570
【发明人】黄亚江, 杨俊龙, 李光宪, 瞿研
【申请人】四川大学, 常州第六元素材料科技股份有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月10日