本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
碳材料的填充可以使材料獲得更加優(yōu)良的性能。石墨烯作為一種新型的具有優(yōu)異性能碳納米填充材料制備復(fù)合材料可以提高基體機(jī)械性能、熱性能、電性能及氣體阻隔性等，因此石墨烯必將為復(fù)合材料領(lǐng)域的發(fā)展重點(diǎn)。
目前石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料的制備方法主要包括直接插層共混法與原位聚合插層法。
直接插層共混法是指利用溶劑作用或者在剪切力的作片下將聚合物分子直接插層到具有片層結(jié)構(gòu)的石墨烯片層中。Ansari課題組利用石墨烯與聚偏氟乙烯以DMF為溶劑，制備了復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯加入后聚偏二氟乙烯的熱穩(wěn)定性得到了提高，黨石墨烯在復(fù)合利料中的含量為4％時其楊氏模量比純的聚偏二氟乙烯提高了近兩倍。并且使材料出現(xiàn)很低的電逾滲閩值。Verdejo等將熱還原得到的石墨烯與有機(jī)硅復(fù)臺得到了石墨烯/有機(jī)硅納米復(fù)合材料，當(dāng)石墨烯含量僅在0.25％時復(fù)合材料的楊氏模量就增了兩倍以上，其熱分解溫度明顯提高。
原位聚合插層法是將單體與氧化石墨烯或石墨烯的分散液預(yù)先混合，然后再加入引發(fā)劑引發(fā)反應(yīng).使聚合反應(yīng)在石墨烯片層之間進(jìn)行，得到石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料。在聚合過程中，聚合反應(yīng)放出的熱量還可能會使氧化石墨烯發(fā)生還原，石墨烯片層發(fā)生剝離，均勻的分散在聚合物基體中。Galland課題組利用三甲基鋁的水溶液(MAO)對石墨納米片層進(jìn)行處理后作為填充物加入到茂金屬Cp2ZrCl2/MAO催化體系中對乙烯進(jìn)行催化，制備了聚乙烯的納米復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提出一種聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，以制備高性能的復(fù)合材料。
為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，包括：
(1)在55-65℃下將高壓反應(yīng)器抽真空，并充入丙烯至常壓；
(2)向高壓反應(yīng)器中加入正己烷，再依次加入三乙基鋁、二苯基二甲氧基硅烷和催化劑，通入丙烯至表壓0.3-0.5MPa，在溫度40-60℃下進(jìn)行恒壓聚合，反應(yīng)時間為10-60min，后停止通入丙烯；
(3)加入10％鹽酸的乙醇溶液終止聚合反應(yīng)；
(4)將產(chǎn)物用乙醇與去離子水洗滌后干燥，得到所述聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料。
本發(fā)明所述催化劑為石墨烯載體齊格爾-納塔催化劑。
所述催化劑的制備方法如下：
(1)將氧化石墨烯與格氏試劑反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物用四氫呋喃洗滌，再用正己烷洗滌，50-70℃下真空干燥，得到石墨烯載體；
(2)將所述石墨烯載體加入TiCl4溶液中，升溫至110-130℃，反應(yīng)3-6小時；
(3)用正己烷洗滌產(chǎn)物至洗滌液澄清，55-70℃下干燥，得到石墨烯載體齊格爾-納塔催化劑。
本發(fā)明制備得到的復(fù)合材料分子量Mw為44×104g/mol以上，PDI為5.5-6.6，Tm為161-162℃，ΔHm為77-82J/g，其性能優(yōu)異。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
實(shí)施例1
一種聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，包括：
(1)在55℃下將高壓反應(yīng)器抽真空，并充入丙烯至常壓；
(2)向高壓反應(yīng)器中加入正己烷，再依次加入三乙基鋁、二苯基二甲氧基硅烷和催化劑，通入丙烯至表壓0.3MPa，在溫度40℃下進(jìn)行恒壓聚合，反應(yīng)時間為10min，后停止通入丙烯；
(3)加入10％鹽酸的乙醇溶液終止聚合反應(yīng)；
(4)將產(chǎn)物用乙醇與去離子水洗滌后干燥，得到所述聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料。
本發(fā)明所述催化劑為石墨烯載體齊格爾-納塔催化劑。
所述催化劑的制備方法如下：
(1)將氧化石墨烯與格氏試劑反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物用四氫呋喃洗滌，再用正己烷洗滌，50℃下真空干燥，得到石墨烯載體；
(2)將所述石墨烯載體加入TiCl4溶液中，升溫至110℃，反應(yīng)3小時；
(3)用正己烷洗滌產(chǎn)物至洗滌液澄清，55℃下干燥，得到石墨烯載體齊格爾-納塔催化劑。
實(shí)施例2
一種聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，包括：
(1)在65℃下將高壓反應(yīng)器抽真空，并充入丙烯至常壓；
(2)向高壓反應(yīng)器中加入正己烷，再依次加入三乙基鋁、二苯基二甲氧基硅烷和催化劑，通入丙烯至表壓0.5MPa，在溫度60℃下進(jìn)行恒壓聚合，反應(yīng)時間為60min，后停止通入丙烯；
(3)加入10％鹽酸的乙醇溶液終止聚合反應(yīng)；
(4)將產(chǎn)物用乙醇與去離子水洗滌后干燥，得到所述聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料。
本發(fā)明所述催化劑為石墨烯載體齊格爾-納塔催化劑。
所述催化劑的制備方法如下：
(1)將氧化石墨烯與格氏試劑反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物用四氫呋喃洗滌，再用正己烷洗滌，70℃下真空干燥，得到石墨烯載體；
(2)將所述石墨烯載體加入TiCl4溶液中，升溫至130℃，反應(yīng)6小時；
(3)用正己烷洗滌產(chǎn)物至洗滌液澄清，70℃下干燥，得到石墨烯載體齊格爾-納塔催化劑。
實(shí)施例3
一種聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料的制備方法，包括：
(1)在60℃下將高壓反應(yīng)器抽真空，并充入丙烯至常壓；
(2)向高壓反應(yīng)器中加入正己烷，再依次加入三乙基鋁、二苯基二甲氧基硅烷和催化劑，通入丙烯至表壓0.4MPa，在溫度50℃下進(jìn)行恒壓聚合，反應(yīng)時間為30min，后停止通入丙烯；
(3)加入10％鹽酸的乙醇溶液終止聚合反應(yīng)；
(4)將產(chǎn)物用乙醇與去離子水洗滌后干燥，得到所述聚丙烯/石墨烯納米復(fù)合材料。
本發(fā)明所述催化劑為石墨烯載體齊格爾-納塔催化劑。
所述催化劑的制備方法如下：
(1)將氧化石墨烯與格氏試劑反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物用四氫呋喃洗滌，再用正己烷洗滌，60℃下真空干燥，得到石墨烯載體；
(2)將所述石墨烯載體加入TiCl4溶液中，升溫至120℃，反應(yīng)4小時；
(3)用正己烷洗滌產(chǎn)物至洗滌液澄清，60℃下干燥，得到石墨烯載體齊格爾-納塔催化劑。
實(shí)施例1-3制備得到的復(fù)合材料分子量Mw為44×104g/mol以上，PDI為5.5-6.6，Tm為161-162℃，ΔHm為77-82J/g，其性能優(yōu)異。。