本發(fā)明涉及導電功能膜材料，更具體地涉及一種石墨烯膜導電材料的制備方法。
背景技術(shù)：
石墨烯是二維碳納米結(jié)構(gòu)材料，憑借其較大的比表面積，質(zhì)量較輕，強度較高等特點，使得石墨烯打破了傳統(tǒng)中以石墨為填料時，用量較高但性能較低的瓶頸。石墨烯在導電、導熱、防腐、抗靜電、阻燃以及其他功能涂料領(lǐng)域中的應(yīng)用己經(jīng)初步取得了一些成果。
石墨烯擁有一系列獨特的物理和化學特性，其中最突出的是他的電子效應(yīng)。石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)電阻率最小的材料，且其擁有很高的電子遷移率。以往的導電涂料通過添加導電性物質(zhì)使涂膜導電，其中主要以添加銀粉、銅粉、氧化鋅為主，其中效果最好的是銀粉，但是銀粉過于昂貴因此并不能得到廣泛應(yīng)用。與銀粉相比，石墨烯除了具有優(yōu)異的導電性能外，機械性能、熱性能等也表現(xiàn)優(yōu)異，是很好的導電涂料添加劑，必將開創(chuàng)導電涂料的新時代。
巨浩波等制備的石墨烯／硅丙乳液復(fù)合涂料擁有較低的滲濾閾值(質(zhì)量分數(shù)為0.5％)，當石墨烯的用量大于0.9％時，其導電性也有了明顯的提升。
黃坤等以石墨烯粉體作為填料，環(huán)氧e-44作為基料研發(fā)了一種環(huán)氧復(fù)合防腐導電涂料，當添加石墨烯的量在1％左右時，這種復(fù)合涂料擁有較穩(wěn)定的導電性，及較好的防腐性能，附著力也表現(xiàn)良好，可作為一種新型的導靜電重防腐涂料來應(yīng)用。
sangermano等將石墨烯片分散到可光固化的su-8樹脂中，研究發(fā)現(xiàn)石墨烯填料對聚合物鏈的遷移率具有阻礙效應(yīng)。當復(fù)合材料中官能化石墨烯片(fgs)的質(zhì)量分數(shù)為3％-4％時，涂層的導電性可得到顯著提高。
在現(xiàn)有的研究成果和公開文獻中，尚未發(fā)現(xiàn)以石墨烯和固有微孔聚合物(pim)為基礎(chǔ)，制備導電膜材料，并且同時保證其導電性能和力學性能的方法。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
1、發(fā)明目的。
本發(fā)明提出了一種石墨烯膜導電材料的制備方法，以石墨烯和固有微孔聚合物(pim)為基礎(chǔ)，保證其導電性能、力學性能，還要保證其氣體滲透性能。
2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案。
本發(fā)明提出的一種石墨烯膜導電材料的制備方法，其制備步驟包括：1)制備初步分散的石墨烯分散液；2)制備石墨烯分散的堿激發(fā)溶液；3)制備復(fù)合地聚合物粉料；4)制備第一導電地聚合物；5)制備第二聚合物固有微孔聚合物；6)共混第一聚合物和第二聚合物成膜。
其中步驟1）：將石墨烯、聚乙烯吡咯烷酮與水按1：(0.1-0.5)：(4-6)的重量比混合，研磨、分散得初步分散的石墨烯分散液。
其中步驟2)：將堿金屬硅酸鹽溶液與步驟1)中得到的石墨烯分散液按1：(0.05-0.3)的重量比混合，攪拌均勻后加入上述混合液總重量的0.05-1％的聚丙烯酸鈉，研磨、分散得石墨烯分散的堿激發(fā)溶液，所述堿金屬硅酸鹽溶液的模數(shù)為1-4，固含量為30-60％。
其中步驟3)：將硅鋁質(zhì)原料與粒化高爐礦渣按1：(0.1-0.2)的重量比混合，研磨后即得復(fù)合地聚合物粉料。
其中步驟4)：將步驟3)中得到的復(fù)合地聚合物粉料與步驟2)中得到的石墨烯分散的堿激發(fā)溶液以1：(1.1-2.5)的重量比混合攪拌均勻，即得導電地聚合物。
其中步驟5):固有微孔聚合物(pim)具有與扭曲位點組合的基于二苯并二噁烷的梯型結(jié)構(gòu)的重復(fù)單元，扭曲位點可為具有螺中心或高位阻的位點；pim的結(jié)構(gòu)阻止密集的鏈填充，從而產(chǎn)生相當大的可達到的自由體積，保證其氣體滲透性能。
其中步驟6):將步驟4)和步驟5）中的兩種聚合物溶解于或懸浮溶液內(nèi)，溶液可在基板上沉積并干燥形成膜，將膜在15-25℃環(huán)境溫度，85-95％環(huán)境濕度下養(yǎng)護5-15天，保證其力學性能。
3、本發(fā)明所產(chǎn)生的技術(shù)效果。
本發(fā)明經(jīng)過多次實驗，得出制備工藝和所述配比，以石墨烯和固有微孔聚合物(pim)為基礎(chǔ)，制備導電膜材料，在獲得良好導電性能、力學性能同時，兼顧氣體滲透性能。
附圖說明
圖1為實施例1中的固有微孔聚合物結(jié)構(gòu)單元。
具體實施方式
實施例
1)制備初步分散的石墨烯分散液。取厚度為1.2nm，延展尺寸大小為4μm，氧的質(zhì)量含量為20％的石墨烯110g，另取聚乙烯吡咯烷酮22g與水440g，按1:0.2：4的重量比混合，置于助磨介質(zhì)為高強玻璃珠、研磨轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘的納米砂磨機中研磨分散1小時，之后再置于振動頻率為50khz的高頻超聲分散機超聲振蕩分散30分鐘，得到初步分散的石墨烯分散液。
2)制備石墨烯分散的堿激發(fā)溶液。取硅模數(shù)為2.2，固含量為50％的液體硅酸鈉溶液2200g，初步分散的石墨烯分散液550g，按1:0.25的重量比混合、攪拌，再向混合溶液中加入占混合溶液重量的0.08％的聚丙烯酸鈉2.2g。再次置于前述納米砂磨機中研磨分散1小時，在高頻超聲分散機中超聲震蕩分散3分鐘，即得石墨烯分散的堿激發(fā)溶液。
3)制備復(fù)合地聚合物粉料。取顆粒尺寸為0.1-10μm，經(jīng)900℃高溫煅燒的偏高嶺土1000g，將其與400g顆粒尺寸0.1-10μm的低鈣粉煤灰和280g的s105級?；郀t礦渣以1：0.4：0.28的重量比混合，在轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分鐘的行星式球磨機中研磨混合2小時，即得復(fù)合地聚合物粉料。
4)制備第一導電地聚合物。取步驟3)中得到的1000g復(fù)合地聚合物粉料、步驟2）中得到的2200g石墨烯分散的堿激發(fā)溶液，以1：2.2的重量比混合，在高剪切攪拌機中以40轉(zhuǎn)/分鐘的低速攪拌混合6分鐘后，再切換至以600轉(zhuǎn)/分鐘的高剪切模式攪拌5分鐘，即得石墨烯改性的導電地聚合物材料。
5)選擇第二聚合物固有微孔聚合物(pim)。具有與扭曲位點組合的基于二苯并二噁烷的梯型結(jié)構(gòu)的重復(fù)單元，扭曲位點可為具有螺中心或高位阻的位點。pim的結(jié)構(gòu)阻止密集的鏈填充，從而產(chǎn)生相當大的可達到的自由體積及高氣體滲透性。pim結(jié)構(gòu)單元如圖1所示，其中n為可根據(jù)需要修改的整數(shù)。n通常大于1或大于5，且通常為10至10000、或10至1000、或10至500。
6)共混第一聚合物和第二聚合物成膜。在20℃環(huán)境溫度，90％環(huán)境濕度下養(yǎng)護10天。
測得電阻率約為50-70ω.m，立方體抗壓強度約為40-44mpa，保證了石墨烯膜導電材料的導電性能和力學性能，并且兼顧了其氣體滲透性能。