一種改性納米碳材料、碳材料/聚合物復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種改性碳材料、碳材料/聚合物復(fù)合材料及其制備方法，包括多環(huán)芳烴封端的聚合物和納米碳材料通過(guò)非共價(jià)鍵的作用，對(duì)納米碳材料進(jìn)行表面修飾，改善納米碳材料在聚合物的分散性及與聚合物的相容性，增強(qiáng)納米碳材料與聚合物的界面作用力，進(jìn)而顯著提高碳材料/聚合物復(fù)合材料力學(xué)性能。同時(shí)碳材料/聚合物復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性，較低的滲透閾值。本發(fā)明的優(yōu)越性在于，多環(huán)芳烴封端的聚合物封端的聚合物具有熒光性能；保持了納米碳材料的結(jié)構(gòu)完整性，所制備的碳材料/聚合物復(fù)合材料性能優(yōu)越；該制備方法方便、簡(jiǎn)單、成本低、適用范圍廣且易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
【專利說(shuō)明】
一種改性納米碳材料、碳材料/聚合物復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及復(fù)合材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種改性碳材料、碳材料/聚合物復(fù)合 材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有碳材料中，石墨烯、富勒烯、碳納米管具有豐富而新奇的物理性質(zhì)，如石墨烯 薄膜，其電導(dǎo)率為2.8X107S/m，具有優(yōu)秀的導(dǎo)熱性能，室溫下石墨烯的載流子迀移率是硅 的100倍（電子迀移率可達(dá)2X 105cm2/(V · S)。石墨稀極薄極輕，厚度為0.34nm，比表面積可 達(dá)2630m2/g，另外石墨烯的力學(xué)性能也是極強(qiáng)的：拉伸模量為l.OlTPa，極限強(qiáng)度為116Gpa， 是理想的納米復(fù)合材料的添加劑。
[0003] 然而，現(xiàn)有技術(shù)所生產(chǎn)的石墨烯、富勒烯、碳納米管的表面難以在聚合物中分散， 且與聚合物(如橡膠)基體的相容性差，難以得到性能優(yōu)異的碳材料/聚合物復(fù)合材料。如何 解決碳材料在聚合物基體中的分散及其與聚合物之間的界面結(jié)合作用是獲得高性能聚合 物復(fù)合材料的難點(diǎn)和關(guān)鍵。其解決方法通常是對(duì)石墨烯、富勒烯、碳納米管進(jìn)行改性，但碳 材料化學(xué)性質(zhì)不活潑，要進(jìn)行改性必需使用強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑對(duì)碳材料進(jìn)行氧化(如氧化石 墨烯），然后在通過(guò)化學(xué)反應(yīng)對(duì)已氧化的碳材料進(jìn)行接枝改性。然而，強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑對(duì)碳 材料的氧化不僅破壞碳材料的結(jié)構(gòu)，降低其性能，而且強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑的使用嚴(yán)重影響環(huán) 境，廢酸及廢水處理難度大。另外，目前改性的碳材料適用范圍窄，一種方法所改性的碳材 料只能適用特定的聚合物，無(wú)法根據(jù)需要對(duì)改性分子組成、結(jié)構(gòu)和分子量進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。
[0004] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的第一目的在于提供一種適用范圍廣改性碳材料，以解決現(xiàn)有納米碳材料 在聚合物基體中分散性和相容性差的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的第二目的在于提供一種碳材料的通用改性方法，修飾的高分子的結(jié)構(gòu)和 分子量可控，適用范圍廣。
[0007] 本發(fā)明的第三目的在于提供一種碳材料/聚合物復(fù)合材料，該碳材料/聚合物復(fù)合 材料中，解決碳材料在聚合物中分散性和相容性。
[0008] 本發(fā)明的第四目的在于提供一種碳材料/聚合物復(fù)合材料的制備方法，顯著地改 善碳材料/聚合物復(fù)合材料的力學(xué)性能、電學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。
[0009] 本發(fā)明的第五目的在于提供一種熒光高分子的制備方法，熒光高分子的結(jié)構(gòu)與分 子量可以實(shí)現(xiàn)調(diào)控。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
[0011] -種改性碳材料，包括含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物和納米碳材料，所述含 官能團(tuán)的多環(huán)芳經(jīng)封端的聚合物和所述納米碳材料分散于有機(jī)溶劑中。
[0012] 本申請(qǐng)?jiān)诩{米碳材料表面修飾高分子材料來(lái)改變納米碳材料的穩(wěn)定性和表面張 力，該表面修飾高分子為含官能團(tuán)的多環(huán)芳經(jīng)封端的聚合物，修飾后的納米碳材料與聚合 物基體的相容性好和分散性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0013] 優(yōu)選的，所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物具有熒光，其熒光的激發(fā)波長(zhǎng)和 發(fā)射波長(zhǎng)由聚合物的結(jié)構(gòu)和分子量調(diào)控。
[0014] 優(yōu)選的，在所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物中，所述官能團(tuán)包括氯、溴、碘、 羧酸酯、環(huán)醚、酰氯、酰溴、酰胺、亞胺、腈基、羥基和氨基，所述多環(huán)芳烴包括茈、芘、苊烯、 菲、蒽、苯并芘和芴。
[0015] 優(yōu)選的，所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物中，所述多環(huán)芳烴包括茈、芘、苊 烯、菲、蒽、苯并芘和芴。
[0016] 優(yōu)選的，所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物中，所述的聚合物是由自由基聚 合、活性自由基聚合或者陰離子聚合得到；
[0017] 優(yōu)選的，所述聚合物包括由烯類、丙烯酸類、硅氧烷類、共輒二烯烴類、脂類和酰胺 類聚合獲得的聚合物或共聚物；
[0018] 更優(yōu)選的，所述聚合物包括由單體乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、 二甲基硅氧烷、丁二烯、異戊二烯、間戊二烯、聚己內(nèi)酯、碳酸酯、己內(nèi)酰胺和十二內(nèi)酰胺聚 合獲得的聚合物或共聚物。
[0019] 優(yōu)選的，所述納米碳材料包括石墨烯、碳納米管和富勒烯；
[0020] 更優(yōu)選的，所述石墨稀為功能化碳材料，所述功能化碳材料所含有的官能團(tuán)包括 氯、溴、碘、羧酸酯、環(huán)醚、酰氯、酰溴、酰胺、亞胺、腈基、羥基和氨基。
[0021] 優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑包括無(wú)水乙醇、氯仿和四氫呋喃，
[0022]更優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為四氫呋喃。
[0023] -種所述的改性碳材料的制備方法，包括以下步驟：
[0024] 將含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴加入到活性聚合物種中封端，反應(yīng)得到含官能團(tuán)的多環(huán)芳 烴封端的聚合物;再將所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物與碳材料分散于有機(jī)溶劑 中，得到改性碳材料。
[0025] 優(yōu)選的，所述改性碳材料的制備方法，具體包括以下步驟：
[0026] (1)、采用自由基聚合、活性自由基聚合或者陰離子聚合，用含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴 或納米碳材料加入到所述聚合體系中，在30-80°C下反應(yīng)5-6小時(shí)，得到多環(huán)芳經(jīng)或納米碳 材料封端的聚合物；
[0027] (2)、將所述多環(huán)芳烴封端的聚合物與納米碳材料分散于有機(jī)溶劑中，得到改性碳 材料；
[0028]優(yōu)選的，所述分散方法為:將所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物與納米碳材 料加入有機(jī)溶劑中，常溫下攪拌3-7小時(shí)，離心分離，取下層沉淀重新加入有機(jī)溶劑中進(jìn)行 分散，重復(fù)3-5次。
[0029]優(yōu)選的，所述改性碳材料在以下有機(jī)溶劑:N，N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、異丙醇、 乙醇、丙酮、環(huán)己烷、二氯甲烷、氯仿和四氫呋喃中分散；
[0030]更優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為環(huán)己烷、四氫呋喃、二甲亞砜、異丙醇。
[0031 ] -種碳材料/聚合物復(fù)合材料，主要由所述的改性碳材料和聚合物復(fù)合而成；
[0032]優(yōu)選的，所述聚合物包括由烯類、丙烯酸類、硅氧烷類、共輒二烯烴類、脂類和酰胺 類聚合獲得的聚合物或共聚物；
[0033] 更優(yōu)選的，所述聚合物包括由單體乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、 二甲基硅氧烷、丁二烯、異戊二烯、間戊二烯、聚己內(nèi)酯、碳酸酯、己內(nèi)酰胺、十二內(nèi)酰胺聚合 獲得的聚合物或共聚物。
[0034] -種所述的碳材料/聚合物復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0035] 將改性碳材料與聚合物混合，通過(guò)溶劑共混或螺桿擠出的方法，得到碳材料/聚合 物復(fù)合材料；
[0036] 優(yōu)選的，所述原位聚合的方法包括以下步驟:將改性碳材料加入到聚合體系中，攪 拌分散〇. 5-1.5小時(shí)，加入引發(fā)劑，引發(fā)聚合，得到碳材料/聚合物復(fù)合材料；
[0037] 優(yōu)選的，所述溶劑共混的方法包括以下步驟:將改性碳材料與聚合物加入到有機(jī) 溶劑中，超聲30-40分鐘，攪拌0.5-1.5小時(shí)，除去有機(jī)溶劑，得到碳材料/聚合物復(fù)合材料；
[0038] 優(yōu)選的，所述螺桿擠出的方法包括以下步驟:將改性碳材料與聚合物顆粒攪拌分 散30-40分鐘分鐘，然后將混合物加入到螺桿擠出機(jī)中，共混擠出，得到碳材料/聚合物復(fù)合 材料。
[0039] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0040] 1)、本發(fā)明提供的一種改性碳材料，具有修飾的高分子的結(jié)構(gòu)和分子量可控，適用 范圍廣，改性碳材料在聚合物基體相容性和分散性好，碳材料與聚合物基體界面作用力低。
[0041] 2)、本發(fā)明提供的改性碳材料的制備方法，該方法可以在現(xiàn)有的工業(yè)設(shè)備上進(jìn)行， 且方法簡(jiǎn)單、快捷、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，可以一次性獲得大量改性碳材料，易于工業(yè)化。
[0042] 3)、本發(fā)明于提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料，該碳材料/聚合物復(fù)合材料中，改性 碳材料在聚合物中可以均勻分散，具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和較低的滲透閾值，顯著地改善了聚 合物的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性。
[0043] 4)、本發(fā)明提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料的制備方法，該制備方法對(duì)設(shè)備、工藝 要求簡(jiǎn)單，原料廉價(jià)成本低，方便操作，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
[0044] 5)、本發(fā)明的提供一種熒光高分子的制備方法，熒光高分子的結(jié)構(gòu)與分子量可以 實(shí)現(xiàn)調(diào)控，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)控?zé)晒飧叻肿拥募ぐl(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0045] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，以下將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。
[0046] 圖1為本申請(qǐng)實(shí)施例2所提供的石墨烯/SBS復(fù)合材料的掃描電鏡圖；
[0047] 圖2為本申請(qǐng)實(shí)施例2所提供的石墨烯/SBS復(fù)合材料的透射電鏡圖；
[0048]圖3為本申請(qǐng)實(shí)施例1中碳材料/聚合物復(fù)合材料與SBS的力學(xué)性能對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0049]下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì) 理解，下列實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體 條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為 可以通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0050] 實(shí)施例1
[0051] 本實(shí)施例所提供的改性碳材料，包括含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物和納米碳 材料，所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物和所述納米碳材料分散于有機(jī)溶劑中。
[0052]該實(shí)施例所提供的改性碳材料的制備方法，包括以下步驟：
[0053]將含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴加入到聚合物中，反應(yīng)得到含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚 合物;再將所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物與碳材料分散于有機(jī)溶劑中，得到改性 碳材料。
[0054]本實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料，包括上述改性碳材料和聚合物。
[0055] 該實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0056] 將改性碳材料加入到聚合體系中，攪拌分散0.5-1.5小時(shí)，加入引發(fā)劑，引發(fā)聚合， 得到碳材料/聚合物復(fù)合材料；
[0057] 實(shí)施例2
[0058]本實(shí)施例所提供的改性碳材料，包括茈酐封端的聚異戊二烯(PBIPI)和納米石墨 材料，PBIPI和納米石墨材料分散于四氫呋喃中。
[0059] 具體的，該實(shí)施例所提供的改性碳材料的制備方法，包括以下步驟：
[0060] S21、采用丁基鋰引發(fā)異戊二烯單體聚合，得到聚合物，再將茈酐加入到所述聚合 物中，在60°C下反應(yīng)5小時(shí)，得到茈酐封端的聚異戊二烯(PBIPI);
[0061] S22、將PBIPI與納米碳材料加入四氫呋喃中，常溫下攪拌3小時(shí)，離心分離，取下層 沉淀重新加入四氫呋喃中進(jìn)行分散，重復(fù)3次，得到該改性碳材料。
[0062]本實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料，包括上述改性碳材料和SBS。
[0063]該實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：
[0064]將SBS的四氫呋喃溶液與上述改性碳材料的分散液混合，然后超聲30分鐘并在40 °C下攪拌1小時(shí)，除去大部分溶劑后，在30°C下攪拌1小時(shí)，再超聲10分鐘，除去混合液中的 氣泡得到混合液，烘干混合液得到該碳材料/聚合物復(fù)合材料。
[0065] 實(shí)施例3
[0066]本實(shí)施例所提供的改性碳材料，包括茈酐封端的聚間戊二烯(PBIPPD)和納米石墨 材料，PBipro和納米石墨材料分散于四氫呋喃中。
[0067] 具體的，該實(shí)施例所提供的改性碳材料的制備方法，包括以下步驟：
[0068] S31、采用丁基鋰引發(fā)間戊二烯單體聚合，得到聚合物，再將茈酐加入到所述聚合 物中，在60°C下反應(yīng)5小時(shí)，得到茈酐封端的聚間戊二烯(PBIPPD);
[0069] S32、將roiPPD與納米碳材料加入四氫呋喃中，常溫下攪拌7小時(shí)，離心分離，取下 層沉淀重新加入四氫呋喃中進(jìn)行分散，重復(fù)5次，得到該改性碳材料。
[0070]本實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料，包括上述改性碳材料和SBS。
[0071 ]該實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料的制備方法，同實(shí)施例2。
[0072] 實(shí)施例4
[0073]本實(shí)施例所提供的改性碳材料，包括茈酐封端的聚苯乙烯(PBIPS)和納米石墨材 料，PBIPS和納米石墨材料分散于四氫呋喃中。
[0074]具體的，該實(shí)施例所提供的改性碳材料的制備方法，包括以下步驟：
[0075] S41、采用丁基鋰引發(fā)苯乙烯單體聚合，得到聚合物，再將茈酐加入到所述聚合物 中，在60°C下反應(yīng)5小時(shí)，得到茈酐封端的聚苯乙烯(PBIPS);
[0076] S42、將PBIPS與納米碳材料加入四氫呋喃中，常溫下攪拌6小時(shí)，離心分離，取下層 沉淀重新加入四氫呋喃中進(jìn)行分散，重復(fù)4次，得到該改性碳材料。
[0077]本實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料，包括上述改性碳材料和SBS。
[0078]該實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料的制備方法，同實(shí)施例2。
[0079] 實(shí)施例5
[0080] 本實(shí)施例所提供的改性碳材料，包括聚異戊二烯和苯乙烯的嵌段聚合物 (PBIPIPS)和納米石墨材料，PBIPIPS和納米石墨材料分散于四氫呋喃中。
[0081] 具體的，該實(shí)施例所提供的改性碳材料的制備方法，包括以下步驟：
[0082] S51、將苯乙烯和丁基鋰按比例加入到反應(yīng)管后，60°C下反應(yīng)8小時(shí)，將反應(yīng)管重新 轉(zhuǎn)移至手套箱，按比例加入異戊二烯單體，60°C下反應(yīng)8小時(shí)，再將反應(yīng)管重新轉(zhuǎn)移至手套 箱后加入茈酐，60°C下反應(yīng)5小時(shí)，得到茈酐封端的聚異戊二烯和苯乙烯的嵌段聚合物 (PBIPIPS)；
[0083] S52、將PBIPIPS與納米碳材料加入四氫呋喃中，常溫下攪拌3小時(shí)，離心分離，取下 層沉淀重新加入四氫呋喃中進(jìn)行分散，重復(fù)4次，除去未反應(yīng)的PBIPIPS，得到該改性碳材 料。
[0084]本實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料，包括上述改性碳材料和SBS。
[0085]該實(shí)施例所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料的制備方法，同實(shí)施例2。
[0086]實(shí)驗(yàn)例1碳材料/聚合物復(fù)合材料力學(xué)能力測(cè)試
[0087] 對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例1-5所提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料進(jìn)行力學(xué)測(cè)試，并與SBS進(jìn) 行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，曲線1-6分別對(duì)應(yīng)實(shí)施例1-6。
[0088] 測(cè)試方法:拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試，每種復(fù)合材料都進(jìn)行了三組測(cè)試，取其平 均數(shù)值，樣條的標(biāo)距、寬度和厚度如表1所示：
[0089] 測(cè)試方法:根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1040-92要求，通過(guò)高鐵檢測(cè)儀器公司的TCS2000實(shí) 驗(yàn)機(jī)對(duì)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度以及斷裂伸長(zhǎng)率進(jìn)行了測(cè)試，拉伸強(qiáng)度計(jì)算公式如下：
[0_
⑴
[0091] 公式中：
[0092] -拉伸強(qiáng)度或者拉伸斷裂應(yīng)力；
[0093] MPa ;d_ 試樣厚度，mm;
[0094] p-最大負(fù)荷或者斷裂負(fù)荷，N;
[0095] b_試樣寬度，謹(jǐn)。
[0096]斷裂伸長(zhǎng)率按下式計(jì)算：
[0097] (2)
[0098] 式中：
[0099] et_斷裂伸長(zhǎng)率，％;
[0100] G〇-試樣原始標(biāo)距，mm;
[0101] G-試樣斷裂時(shí)線間距離，mm。
[0102] 表1樣條的標(biāo)距、寬度和厚度
[0103]
[0104] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改性碳材料在聚合物中可以均勻分散，顯著地改善了聚合物的力 學(xué)性能。
[0105] 實(shí)驗(yàn)例2碳材料/聚合物復(fù)合材料導(dǎo)電性能測(cè)試
[0106] 美國(guó)Keithley 2635A電阻率測(cè)試儀，將實(shí)施例2所提供的復(fù)合材料分別準(zhǔn)備三組 樣品在四腳探針測(cè)試儀上進(jìn)行測(cè)試。然后按以下公式算出滲濾閾值：
[0107]
[0108] 其中：φ為體積分?jǐn)?shù);％為滲濾閾值;為材料的電導(dǎo)率;〇f填充導(dǎo)電率;t為標(biāo)準(zhǔn)指 數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
[0109] 表2導(dǎo)電性能測(cè)試結(jié)果
[0110]
[0111] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明于提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料，具有良好的導(dǎo)電性和較 低的滲透閾值，可以改善聚合物的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。圖1和圖2表明該碳材料/聚合物復(fù)合材 料中，改性碳材料以片層形式均勻的分散。
[0112] 綜上所述，本發(fā)明提供的一種改性碳材料，在納米碳材料表面修飾高分子材料來(lái) 改變納米碳材料的穩(wěn)定性和表面張力，具有表面化學(xué)性質(zhì)活潑、與聚合物基體的相容性好 和分散性好等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的改性碳材料的制備方法，該方法具有方便、簡(jiǎn)單、易于操 作等優(yōu)點(diǎn)，可以一次性獲得大量改性碳材料。本發(fā)明于提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料，該 碳材料/聚合物復(fù)合材料中，改性碳材料以片層形式均勻的分散，具有良好的導(dǎo)電性和較低 的滲透閾值，改善了聚合物的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的碳材料/聚合物復(fù)合材料的制 備方法，該制備方法對(duì)設(shè)備、工藝要求簡(jiǎn)單，原料廉價(jià)成本低，方便操作，易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè) 化生產(chǎn)。
[0113]盡管已用具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明和描述了本發(fā)明，然而應(yīng)意識(shí)到，在不背離本發(fā)明的 精神和范圍的情況下可以作出許多其它的更改和修改。因此，這意味著在所附權(quán)利要求中 包括屬于本發(fā)明范圍內(nèi)的所有變化和修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種改性碳材料，其特征在于，包括含官能團(tuán)的多環(huán)芳經(jīng)封端的聚合物和納米碳材 料，所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物和所述納米碳材料分散于有機(jī)溶劑中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性碳材料，其特征在于，所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚 合物具有熒光，其熒光的激發(fā)波長(zhǎng)和發(fā)射波長(zhǎng)由聚合物的結(jié)構(gòu)和分子量調(diào)控。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性碳材料，其特征在于，在所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的 聚合物中，所述官能團(tuán)包括氯、溴、碘、羧酸酯、環(huán)醚、酰氯、酰溴、酰胺、亞胺、腈基、羥基和氨 基，所述多環(huán)芳烴包括茈、芘、苊烯、菲、蒽、苯并芘和芴。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性碳材料，其特征在于，所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚 合物中，所述的聚合物是由自由基聚合、活性自由基聚合或者陰離子聚合得到； 優(yōu)選的，所述聚合物包括由烯類、丙烯酸類、硅氧烷類、共輒二烯烴類、脂類和酰胺類聚 合獲得的聚合物或共聚物； 更優(yōu)選的，所述聚合物包括由單體乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、二甲 基硅氧烷、丁二烯、異戊二烯、間戊二烯、聚己內(nèi)酯、碳酸酯、己內(nèi)酰胺和十二內(nèi)酰胺聚合獲 得的聚合物或共聚物。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性碳材料，其特征在于，所述納米碳材料包括石墨稀、碳納 米管和富勒烯； 優(yōu)選的，所述碳材料為功能化碳材料，所述功能化碳材料所含有的官能團(tuán)包括氯、溴、 碘、羧酸酯、環(huán)醚、酰氯、酰溴、酰胺、亞胺、腈基、羥基和氨基。6. -種根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的改性碳材料的制備方法，其特征在于，包括以下 步驟： 將含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴或功能化碳材料加入到活性聚合物種中封端，反應(yīng)得到含官能 團(tuán)的多環(huán)芳烴或碳材料封端的聚合物;再將所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物與碳材 料分散于有機(jī)溶劑中，得到改性碳材料。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的改性碳材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟： (1) 、采用自由基聚合、活性自由基聚合或者陰離子聚合，用含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴或納 米碳材料加入到所述聚合體系中，在30-80°C下反應(yīng)5-6小時(shí)，得到多環(huán)芳經(jīng)或納米碳材料 封端的聚合物； (2) 、將所述多環(huán)芳烴封端的聚合物與納米碳材料分散于有機(jī)溶劑中，得到改性碳材 料； 優(yōu)選的，所述分散方法為:將所述含官能團(tuán)的多環(huán)芳烴封端的聚合物與納米碳材料加 入有機(jī)溶劑中，常溫下攪拌3-7小時(shí)，離心分離，取下層沉淀重新加入有機(jī)溶劑中進(jìn)行分散， 重復(fù)3_5次。8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的改性碳材料的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑包括N，N-二甲基甲酰胺、二甲亞砜、異丙醇、乙醇、丙酮、環(huán)己烷、二氯甲烷、氯仿和四氫呋喃； 更優(yōu)選的，所述有機(jī)溶劑為環(huán)己烷、四氫呋喃、二甲亞砜、異丙醇中的一種。9. 一種碳材料/聚合物復(fù)合材料，其特征在于，主要由權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的改性 碳材料和聚合物復(fù)合而成； 優(yōu)選的，所述聚合物包括由烯類、丙烯酸類、硅氧烷類、共輒二烯烴類、脂類和酰胺類聚 合獲得的聚合物或共聚物； 更優(yōu)選的，所述聚合物包括由單體乙烯、丙烯、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、二甲 基硅氧烷、丁二烯、異戊二烯、間戊二烯、聚己內(nèi)酯、碳酸酯、己內(nèi)酰胺、十二內(nèi)酰胺聚合獲得 的聚合物或共聚物。10. -種根據(jù)權(quán)利要求9所述的碳材料/聚合物復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括 以下步驟： 將改性碳材料與聚合物混合，通過(guò)原位共聚、溶劑共混或螺桿擠出的方法，得到碳材 料/聚合物復(fù)合材料； 優(yōu)選的，所述原位聚合的方法包括以下步驟:將改性碳材料加入到聚合體系中，攪拌分 散0.5-1.5小時(shí)，加入引發(fā)劑，引發(fā)聚合，得到碳材料/聚合物復(fù)合材料； 優(yōu)選的，所述溶劑共混的方法包括以下步驟:將改性碳材料與聚合物加入到有機(jī)溶劑 中，超聲30-40分鐘，攪拌0.5-1.5小時(shí)，除去有機(jī)溶劑，得到碳材料/聚合物復(fù)合材料； 優(yōu)選的，所述螺桿擠出的方法包括以下步驟:將改性碳材料與聚合物顆粒攪拌分散30-40分鐘，然后將混合物加入到螺桿擠出機(jī)中，共混擠出，得到碳材料/聚合物復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】C08K9/08GK106009466SQ201610622469
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月1日
【發(fā)明人】徐偉箭, 歐恩才, 潘武, 何莉, 張 杰, 熊遠(yuǎn)欽
【申請(qǐng)人】湖南大學(xué)