【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及高分子材料加工領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、聚丁二酸丁二醇酯(pbs)，也稱聚琥珀酸丁二醇酯或聚丁烯琥珀酸酯，作為一種可生物降解的環(huán)保型聚酯，pbs可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、土木工程等領(lǐng)域在。pbs性能介于聚乙烯和聚丙烯之間，熔點為114℃，結(jié)晶度在40～60％之間，可直接作為塑料加工。由于pbs存在分子量低、結(jié)晶速度慢、熔體強度低等不足，使其不能通過吹塑、流延等工藝成型，且熔融指數(shù)高、力學(xué)性能較低、熱變形溫度低的問題，嚴重阻礙了pbs的應(yīng)用拓展。因此，對pbs進行改性勢在必行。
2、石墨烯是由單層sp2雜化碳原子組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維片狀材料，其特殊的結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的物理機械、熱學(xué)性能、電學(xué)性能等，是電磁屏蔽，抗靜電、高強度聚合物復(fù)合材料的理想填料。氧化石墨烯(go)是石墨烯的衍生物，表面含有-oh、-cooh、-c＝o、c-o-c等含氧基團，使其易于設(shè)計和功能化，并且go能夠與聚合物分子的活性位點發(fā)生反應(yīng)。因此，將go添加到pbs中，可以明顯的提高pbs復(fù)合材料的各項性能，例如，中國專利cn103450641a中將石墨烯與pbs共混制備石墨烯復(fù)合材料，減少了基體材料的使用，但力學(xué)性能提升較少。
3、在上述石墨烯增強pbs的技術(shù)手段中，盡管石墨烯及其衍生物作為填料具有許多優(yōu)點，但具有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的石墨烯的聚集會導(dǎo)致基體中的相分離，阻礙顆粒分散并降低復(fù)合材料的性能。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、
2、本專利技術(shù)目的之一為提供一種接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，包括聚丁二酸丁二醇酯和異氰酸酯改性氧化石墨烯，其中聚丁二酸丁二醇酯接枝插層于異氰酸酯改性氧化石墨烯的層間。
3、其中，氧化石墨烯分散相尺度為5～50nm。
4、所述聚丁二酸丁二醇酯與異氰酸酯改性氧化石墨烯的質(zhì)量比為100:(0.1～5)，優(yōu)選為100:(0.1～3)，例如可以為100:0.1、100:0.3、100:0.5、100:1、100:2、100:3、100:4、100:5等。
5、所述異氰酸酯為二異氰酸酯，更優(yōu)選為甲苯二異氰酸酯如2,4-二異氰酸甲苯酯、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯中的至少一種。
6、本專利技術(shù)通過二異氰酸酯在go上形成錨定位點，將bdo以高接枝率負載于氧化石墨烯表面制備了接枝bdo的氧化石墨烯。進一步，在鈦系催化劑作用下，由丁二酸、丁二醇與接枝bdo的氧化石墨烯通過原位聚合的方法制備一種接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料。通過將聚丁二酸丁二醇酯插層于go層間，改善了go的團聚，從而利用go優(yōu)異的力學(xué)性能與穩(wěn)定作用，以提升復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性能，同時賦予其良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能。
7、本專利技術(shù)目的之二為提供所述接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
8、(1)將氧化石墨烯分散液與二異氰酸酯進行接枝反應(yīng)，得到異氰酸酯改性氧化石墨烯；
9、(2)將異氰酸酯改性氧化石墨烯分散于丁二醇中，進行接枝反應(yīng)，得到接枝丁二醇的氧化石墨烯；
10、(3)將接枝丁二醇的氧化石墨烯、丁二酸、丁二醇混合，進行酯化反應(yīng)；
11、(4)在鈦系催化劑存在下進行縮聚反應(yīng)，得到接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料。
12、所述步驟(1)中：所述氧化石墨烯分散液的濃度為1～10mg/ml；
13、所述二異氰酸酯選自甲苯二異氰酸酯如2,4-二異氰酸甲苯酯、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯中的至少一種；
14、氧化石墨烯與二異氰酸酯的質(zhì)量比為1：(1～3)，優(yōu)選為1：(1～2)；
15、所述接枝反應(yīng)包括在溫度70～90℃反應(yīng)12～24h。
16、所述步驟(2)中：異氰酸酯改性氧化石墨烯與丁二醇的質(zhì)量比為1：(200～400)，優(yōu)選為1：(300～400)；
17、所述接枝反應(yīng)包括在溫度70～90℃反應(yīng)12～24h。
18、所述步驟(3)中：丁二酸與丁二醇的摩爾比為1：(1～2)；
19、丁二酸和丁二醇的質(zhì)量之和與接枝丁二醇的氧化石墨烯的質(zhì)量之比為100:(0.1～5)，優(yōu)選為100:(0.1～3)，例如可以為100:0.1、100:0.3、100:0.5、100:1、100:2、100:3、100:4、100:5等；
20、所述酯化反應(yīng)包括在溫度150～180℃反應(yīng)1～3h。
21、所述步驟(4)中：在真空度不大于100pa條件下進行縮聚反應(yīng)；所述縮聚反應(yīng)包括在溫度200～250℃反應(yīng)2～5h。
22、所述步驟(4)中，對所述鈦系催化劑的種類和用量沒有特別的限定，可采用本領(lǐng)域通常的鈦系催化劑如鈦酸丁酯等。
23、根據(jù)本專利技術(shù)一種優(yōu)選的實施方式，所述接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料的制備方法包括：
24、(1)異氰酸酯改性氧化石墨烯的制備
25、將氧化石墨烯(go)分散在溶劑如二甲基甲酰胺(dmf)中，于室溫超聲分散20～30min，隨后加入甲苯二異氰酸酯(tdi)、二苯基甲烷二異氰酸酯(mdi)、六亞甲基二異氰酸酯(hdi)等二異氰酸酯，在氮氣(n2)氛圍下反應(yīng)12～24h，產(chǎn)物用dmf和丙酮充分洗滌、過濾，于80℃烘干4～8h，得到異氰酸酯改性氧化石墨烯；
26、(2)接枝bdo的氧化石墨烯的制備
27、將異氰酸酯改性氧化石墨烯分散在丁二醇(bdo)中，于室溫超聲分散20～30min，隨后在氮氣(n2)氛圍下反應(yīng)12～24h，反應(yīng)結(jié)束加入50ml丙酮使產(chǎn)物凝結(jié)，然后離心、過濾，于80℃下烘干4～8h得到產(chǎn)物；
28、(3-4)接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯的制備
29、將丁二酸(sa)、丁二醇(bdo)、接枝bdo的氧化石墨烯和催化劑鈦酸丁酯加入到反應(yīng)器中。先在氮氣氛圍下150～180℃下完成酯化反應(yīng)，攪拌脫水聚合2～4h，反應(yīng)器用氮氣吹掃以防止在反應(yīng)開始前2h內(nèi)殘留氧氣導(dǎo)致氧化反應(yīng)。然后緩慢升至200～250℃，攪拌，抽真空進行縮聚反應(yīng)。真空度逐漸降低到100pa以下以有效地提取副產(chǎn)物。反應(yīng)在等溫條件下進行2～5h，得到所述復(fù)合材料。
30、本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點：
31、(1)石墨烯是一種理想的二維無機納米片層材料，由單層sp2雜化碳原子組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的二維片狀材料，氧化石墨烯(go)是石墨烯的衍生物，表面則含有大量含氧基團，如-oh、-cooh、-c＝o等，表面是親水性的，同時，π-π共軛結(jié)構(gòu)遭到了破壞，分子本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，包括聚丁二酸丁二醇酯和異氰酸酯改性氧化石墨烯，其中聚丁二酸丁二醇酯接枝插層于異氰酸酯改性氧化石墨烯的層間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，其特征在于：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料通過丁二酸、丁二醇與接枝丁二醇的氧化石墨烯通過原位聚合而得。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4之任一項所述接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述步驟(1)中：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述步驟(2)中：
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述步驟(3)中：
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于所述步驟(4)中：
10.根據(jù)權(quán)利要求5～9之任一項所述制備方法得到的接枝氧化石墨烯聚丁二
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，包括聚丁二酸丁二醇酯和異氰酸酯改性氧化石墨烯，其中聚丁二酸丁二醇酯接枝插層于異氰酸酯改性氧化石墨烯的層間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，其特征在于：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接枝氧化石墨烯聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料通過丁二酸、丁二醇與接枝丁二醇的氧化石墨烯通過原位聚合而得。
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王公應(yīng)，狄隆康，李晨，孫騰，張華，李建國，王慶印，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院成都有機化學(xué)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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