本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種PPTA 改性石墨烯的制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯（graphene）是近幾年來開發(fā)出的一種新型的二維納米材料，它由碳原子以 sp2雜化連接而成。由于這種特殊的結(jié)構(gòu)，石墨烯具有許多其他納米材料所不具備的優(yōu)異的性能，如極高的機(jī)械強(qiáng)度、出色的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能、極大的比表面積等。這些性質(zhì)使石墨烯能作為一種理想的二維納米填料制備高性能的聚合物納米復(fù)合材料。同時(shí)，石墨烯的原料-石墨價(jià)格低廉，來源豐富，因此人們普遍認(rèn)為石墨烯的應(yīng)用前景好于碳納米管。但是由于石墨烯之間存在很強(qiáng)的范德華力作用，因此如何從石墨中分離出石墨烯以及如何將它均勻地分散到聚合物基體之中一直是尚待解決的難題。
目前，應(yīng)用最為廣泛的制備石墨烯以及復(fù)合材料的方法是以氧化石墨烯（GO）為前驅(qū)體，經(jīng)過還原，得到化學(xué)改性的單層（single-layered）或少層（few-layered）的石墨烯，再通過原位聚合、溶液共混或熔融共混等方法將石墨烯填充到聚合物之中。相對(duì)于原始石墨烯，GO 中含有大量官能團(tuán)，如羥基、羧基以及環(huán)氧等，這些官能團(tuán)削弱了石墨烯層間的范德華力，而且由于這些親水性基團(tuán)的存在，GO 很容易完全分散在水中。但是也正是由于大量的親水性官能團(tuán)，使 GO 與許多聚合物不相容，并且很難完全分散在有機(jī)溶劑中，限制了 GO 的廣泛應(yīng)用。這個(gè)問題在制備聚合物復(fù)合材料的時(shí)候尤為突出，因?yàn)榇蟛糠志酆衔镏蝗芙庠谟袡C(jī)溶劑中。另外，GO 在還原之后由于官能團(tuán)的去除容易重新團(tuán)聚，很難重新分散。通過GO 表面的基團(tuán)對(duì)石墨烯進(jìn)行表面改性能有效地改變石墨烯的表面性質(zhì)，同時(shí)也能防止還原過后石墨烯重新團(tuán)聚，因此，對(duì) GO 表面改性之后，再進(jìn)行化學(xué)還原除去多余的含氧基團(tuán)，成為了制備石墨烯復(fù)合材料中一個(gè)重要的步驟。
聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺（PPTA）是 Kevlar 纖維的基本結(jié)構(gòu)單元，這種聚合物擁有優(yōu)異的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。近年來，由于 PPTA 與碳納米管（CNT）的復(fù)合，使得這種高性能聚合物越來越多地引起了人們得興趣，因?yàn)閷煞N高性能材料相結(jié)合有望得到新型的納米材料。O‘Connor 等人將 PPTA 與 CNT 通過物理吸附的方法復(fù)合之后，證明了這種材料對(duì)多種聚合物具有良好的增強(qiáng)效果。Sainsbury等人報(bào)道了通過―逐步聚合‖的方法將 PPTA 低聚物鏈接到了 CNT 之上，并且指出這種共價(jià)連接的方式更加有利于制備高性能復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問題，本發(fā)明旨在提供一種PPTA 改性石墨烯的制備方法。
一種PPTA 改性石墨烯的制備方法，步驟如下：
（1）將1.5mmol PDA和1mmol TPC分別溶解在50ml NMP中，在冰水浴中冷卻到0°C；
（2）在攪拌的情況下將金色的TPC溶液滴加到PDA溶液中，隨著TPC的加入，粉紅色的PDA溶液逐漸變?yōu)樯罹G色，說明反應(yīng)的快速進(jìn)行，滴加完成之后，再在室溫下攪拌30分鐘使之反應(yīng)完全；
（3）將0.05gGO在10ml水中超聲半小時(shí)，得到深棕色的GO水溶液；
（4）將GO溶液倒入PPTA溶液之中，加入5mg DCC作為催化劑，并在氮?dú)夥諊?0°C下反應(yīng)24小時(shí)；
（5）加入0.1ml水合肼，再反應(yīng)3小時(shí)；
（6）NMP多次洗滌并抽濾，最后在80°C下真空烘干，得到產(chǎn)物。
本發(fā)明中，我們首次將 PPTA 低聚物與石墨烯進(jìn)行了復(fù)合。相比于之前報(bào)道的制備 PPTA 改性 CNT 的方法，如在濃硫酸中共溶吸附或是逐步聚合，我們采用了更加簡單的一步聚合得到氨基封端的 PPTA 低聚物，并直接接枝到 GO，經(jīng)過還原之后得到了 PPTA 改性的石墨烯。改性后的石墨烯在有機(jī)溶劑如 N-甲基吡咯烷酮（NMP）中表現(xiàn)出了良好的分散性。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
一種PPTA 改性石墨烯的制備方法，步驟如下：
（1）將1.5mmol PDA和1mmol TPC分別溶解在50ml NMP中，在冰水浴中冷卻到0°C；
（2）在攪拌的情況下將金色的TPC溶液滴加到PDA溶液中，隨著TPC的加入，粉紅色的PDA溶液逐漸變?yōu)樯罹G色，說明反應(yīng)的快速進(jìn)行，滴加完成之后，再在室溫下攪拌30分鐘使之反應(yīng)完全；
（3）將0.05gGO在10ml水中超聲半小時(shí)，得到深棕色的GO水溶液；
（4）將GO溶液倒入PPTA溶液之中，加入5mg DCC作為催化劑，并在氮?dú)夥諊?0°C下反應(yīng)24小時(shí)；
（5）加入0.1ml水合肼，再反應(yīng)3小時(shí)；
（6）NMP多次洗滌并抽濾，最后在80°C下真空烘干，得到0.043g 產(chǎn)物。