本發明專利技術公開了一種功能化石墨烯、其制備方法及在石墨烯/非極性聚合物復合材料中的應用，其制備方法為：首先通過共價鍵方式將油酸分子均勻連接在石墨烯的表面，然后通過溶液共混的方式將得到的功能化石墨烯和聚乙烯溶液混合，之后經沉析、烘干、模壓，獲得了導電功能化石墨烯/聚乙烯屏蔽材料，或者通過熔融共混方式直接得到功能化石墨烯/聚乙烯屏蔽材料。復合材料中的石墨烯的百分含量在1-10%范圍內可控。本發明專利技術制備方法簡單易操作，可控性強，可規模化放大生產，且這種功能化石墨烯可以均勻地分散在聚乙烯基體中，因而得到的聚乙烯復合材料在低石墨烯摻量下具有較高的電導率，在電纜屏蔽、電磁屏蔽、抗靜電等領域具有重要的應用價值。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于石墨烯/聚合物復合材料領域，尤其涉及一種功能化石墨烯/聚乙烯半導體屏蔽料及其制備方法和應用。
技術介紹
聚合物基導電屏蔽料在電纜、汽車、電子、礦山領域中得到廣泛的應用。在屏蔽料中，僅以電纜屏蔽料，每年我國的消費量達到幾十萬噸。然而，一般的聚合物基體都是絕緣體，目前通用的方法是通過添加大量的導電炭黑提高聚合物電導率。市場上電導率為lS/m屏蔽料通常需要添加質量分數為40-50%的導電炭黑，但是，大量的炭黑的添加不但降低了 聚合物基體的力學性能，而且在高壓電場條件下容易產生尖端放電，導致材料擊穿。石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆砌而成的二維蜂窩狀晶格結構的碳質材料。雖然石墨烯只有一個碳原子厚度，但是其具有許多杰出的物理特性，如高的楊氏模量、熱導率和電導率。這些優越的特性和二維結構引起了科學家廣泛的研究興趣，也使得石墨烯具有巨大應用前景。其中一個非常重要的應用是利用石墨烯這些性質制備導電的聚合物復合材料。根據石墨烯的特性，添加少量的石墨烯即可實現大幅提高聚合物基體的電導率的目標，從而制備出導電聚合物基屏蔽材料。雖然石墨烯具有極其優越的特性，但是，其在聚合物基體均勻分散十分困難。由于石墨烯片層之間具有強作用和疏水力作用，石墨烯極易團聚，在常用的溶劑中不溶解也很難分散。另外，石墨烯在高溫條件下不熔融，加工困難，這些缺點使石墨烯在聚合物上應用的優越性能大打折扣，甚至無法發揮。石墨烯的功能化可為提高石墨烯在聚合物基體中的分散性提供一條有效的途徑。近年來，對石墨烯的表面進行功能化改性已有一些相關報道，例如，通過芳基重氮鹽與石墨烯的雙鍵反應，將有機分子連接到石墨烯的表面提高其分散性能(Haddon. R.C·，et al. Nano Letters., 2010, 10, 4061-4066.);如通過疊氮基團與石墨烯反應連接小分子有機基團(He. K·, et al. Chemistry of Materials. , 2010，22，5054-5064·)。然而，石墨烯的有機基團功能化仍存在一些問題未解決，例如連接到石墨烯表面的功能化小分子基團數量有限，另外，過量功能化基團極大破壞了石墨烯的共軛結構，降低石墨烯的自身電導率。另外，這些報道的功能化反應需要無水無氧，反應條件苛刻。而且，文獻報道的這些功能化基團主要是極性基團，因此得到的功能化石墨烯只能分散于極性溶劑中和極性聚合物基體中。如何簡單有效地制備出非極性基團功能化石墨烯，從而得到功能化石墨烯/非極性聚合物復合材料仍是一項挑戰性工作。
技術實現思路
針對現有技術的上述不足，本專利技術所要解決的技術問題是提供一種導電的非極性基團功能化石墨烯，此外，本專利技術還提供了該屏蔽材料的制備方法及在石墨烯/非極性聚合物復合材料中的應用。本專利技術的技術方案如下 一種功能化石墨烯，其由以下步驟制備而成 1)將原料氧化石墨烯與辛基三乙氧基硅烷溶解在有機溶劑中，在催化劑存在下，通過縮合反應生成前軀物-辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯，反應溫度40-60 °G，其中氧化石墨烯的濃度為2-5 mg/ml，辛基三乙氧基硅烷與氧化石墨烯的質量比為3 1 ； 2)將辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯超聲分散在油酸溶劑中，在150-180oC溫度下反應12-24h，得到油酸功能化石墨烯。·所述步驟I)的有機溶劑為乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和I-甲基-2-吡咯烷酮中的一種或幾種。所述步驟I)的催化劑為三乙胺。此外，本專利技術還要求保護該功能化石墨烯在石墨烯/非極性聚合物復合材料中的應用。與現有技術相比，本專利技術的有益效果如下 第一，本專利技術以氧化石墨烯為原料，將油酸分子連接在石墨烯的表面，得到油酸功能化的石墨烯，該功能化的石墨烯在極性有機溶劑如N，N- 二甲基甲酰胺、N, N- 二甲基乙酰胺、I-甲基-2-吡咯烷酮和非極性溶劑如甲苯和二甲苯中都具有良好的分散性； 第二，本專利技術的制備方法簡單易操作，可控性強，可規模化放大； 第三，本專利技術的油酸功能化石墨烯可通過溶液法或高溫熔融法均勻地分散至聚乙烯基體中得到高性能屏蔽材料，例如添加少量該功能化石墨烯到聚乙烯中，可大幅提高基體的導電性能，得到的功能化石墨烯/聚乙烯復合材料在電纜屏蔽、電磁屏蔽和抗靜電領域具有巨大的應用價值。附圖說明圖I為本專利技術實施例I的獲得的油酸功能化石墨烯的透射電子顯微鏡(TEM)照片; 圖2為本專利技術實施例I的獲得的油酸功能化石墨烯以及氧化石墨烯原料的X射線衍射(XRD) 圖3為本專利技術實施例制備的不同含量的功能化石墨烯/聚乙烯復合材料的電導率圖。具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本專利技術。應該理解，這些實施例僅用于說明本專利技術，而不用于限定本專利技術的保護范圍。在實際應用中技術人員根據本專利技術做出的改進和調整，仍屬于本專利技術的保護范圍。實施例I I)將原料氧化石墨烯與辛基三乙氧基硅烷溶解在乙醇中，在催化劑三乙胺存在下，通過縮合反應生成前軀物-辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯，反應溫度40 °G，其中氧化石墨烯的濃度為2 mg/ml，辛基三乙氧基硅烷與氧化石墨烯的質量比為3 1 ;該步驟中的氧化石墨烯是采用石墨為原料進行氧化得到的，該氧化方法為本領域通用常識，此處不再贅述。2)將辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯超聲分散在油酸溶劑中，在150 oC下反應12h得到油酸功能化石墨烯，該反應過程中同時還原氧化石墨烯和修飾油酸分子，辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯濃度為2 mg/ml。反應結束后，經離心，N，N-二甲基甲酰胺洗滌，離心分離，得到油酸功能化的石墨烯樣品。對該樣品進行表征如下 形貌表征圖I中明顯可以看出油酸功能化石墨烯擁有一個典型的帶有褶皺和折疊的片層結構。結構表征將上述得到的油酸功能化的石墨烯樣品和原料氧化石墨烯分別進X射線衍射分析，得到掃描曲線見圖2，功能化石墨烯在2 Θ =9. 6度處衍射峰消失，在2 Θ =23度出現一個寬化的衍射峰，表明了氧化石墨烯被還原成石墨烯。 本專利技術在石墨烯/非極性聚合物復合材料中的應用將得到的油酸功能化石墨烯通過有機溶液法與聚乙烯基體共混獲得目標復合材料，功能化石墨烯與聚乙烯的質量比為I :99，得到的復合材料中的石墨烯百萬含量為1%。如圖3為不同含量的功能化石墨烯/聚乙烯復合材料的電導率圖，可見復合材料在石墨烯的百分含量為1%時發生導電逾滲現象。上述方法得到的功能化石墨烯/聚乙烯烯復合材料，其功能化石墨烯百分含量在5%-80%范圍內且可控,具體可以通過控制功能化石墨烯與聚乙烯基體質量比進行調節。 實施例2 1)將原料氧化石墨烯與辛基三乙氧基硅烷溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，在催化劑三乙胺存在下，通過縮合反應生成前軀物-辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯，反應溫度50 °G，其中氧化石墨烯的濃度為3 mg/ml，辛基三乙氧基硅烷與氧化石墨烯的質量比為3 I ; 2)將辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯超聲分散在油酸溶劑中，在160°e下反應15h得到油酸功能化石墨烯，該反應過程中同時還原氧化石墨烯和連接油酸分子，辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯濃度為3 mg/ml。 實施例3 1)將原料氧化石墨烯與辛基三乙氧基硅烷溶解在N，N-二甲基乙酰胺和I-甲基-2本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種功能化石墨烯，其特征在于由以下步驟制備而成：1）將原料氧化石墨烯與辛基三乙氧基硅烷溶解在有機溶劑中，在催化劑存在下，通過縮合反應生成前軀物？辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯，反應溫度40？60？oC，其中氧化石墨烯的濃度為2？5？mg/ml，辛基三乙氧基硅烷與氧化石墨烯的質量比為3：1；2）將辛基三乙氧基硅烷修飾的氧化石墨烯超聲分散在油酸溶劑中，在150？180？oC溫度下反應12？24h，得到油酸功能化石墨烯。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：蔣一昆，汪根林，于金花，陸洲，馮耀才，
申請(專利權)人：無錫市明珠電纜有限公司，
類型：發明
國別省市：
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