一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及复合材料，具体涉及一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚乙烯醇是由乙酸乙烯酯聚合得到的聚乙酸乙烯酯pvac）再水解乙酸酯基团而成的一种亲水性、生物可降解聚合物，因其优异的生物降解性、坚固性、成膜性能和显着的耐化学性以及良好的热稳定性而被认为是一种非常有前途的亲水薄膜。近年来，它已被用于包装，印刷，电子，水凝胶和其他薄膜，受到众多研究人员的青睐。然而，聚合物分子、原子间通过晶格振动来传递能量，这种能量被量化为声子，通常非结晶聚合物在常温无外力情况下的结构规整性低，内部无有效的导热通路，易发生声子散射。因而单一聚合物材料导热率较低，一般为0.1-0.5 w·m-1·k-1，难以满足对高导热材料的需求，这极大地限制了其广泛的应用。

2、石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六方对称晶格的、只有一个碳原子厚度的二维材料，独特的结构赋予了石墨烯优异的电学、光学、力学和热学等性能，比如：石墨烯的导热系数高导5300w/m·k，高于碳纳米管和金刚石，是极佳的散热材料；其常温下电子迁移率超过15000cm2/v·s，是硅100倍；同时，当石墨烯受热时，碳原子受激发，可发射8-15μm的远红外波。

3、因此，制备高导热的聚合物材料，将具有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种石墨烯复合材料及其制备方法和应用，具有较好的力学性能和阻隔性能，导热性能明显提高，抗菌环保性提高，能够作为制备散热材料中材料，具有广阔的应用前景。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供一种石墨烯复合材料的制备方法，由氧化石墨烯和三聚氰胺混合煅烧，ag离子原位还原制得ag-go@c3n4粉体，表面经聚多巴胺改性制得改性导热粒子，与水杨酸聚乙烯醇酯、高密度聚乙烯、增塑剂、增韧剂加热熔融混合均匀，挤出，造粒，制得石墨烯复合材料。

3、作为本发明的进一步改进，包括以下步骤：s1. 水杨酸聚乙烯醇酯的制备：将聚乙烯醇溶于二甲亚砜中，加入浓硫酸和水杨酸，加热搅拌反应，冷却至室温，加入乙醇沉淀，过滤，洗涤，干燥，制得水杨酸聚乙烯醇酯；s2. go@c3n4粉体的制备：将氧化石墨烯和三聚氰胺混合均匀，煅烧，制得go@c3n4粉体；s3. ag-go@c3n4粉体的制备：将步骤s2制得的go@c3n4粉体加入水中，加入硝酸银和葡萄糖，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得ag-go@c3n4粉体；s4. 改性导热粒子的制备：将步骤s3制得的ag-go@c3n4粉体经过水合肼蒸汽还原，加入水中，加入多巴胺盐酸盐和催化剂，加热搅拌反应，离心，洗涤，干燥，制得改性导热粒子；s5.石墨烯复合材料的制备：将步骤s1制得的水杨酸聚乙烯醇酯、高密度聚乙烯加热熔融混合均匀，加入增塑剂、增韧剂和步骤s4制得的改性导热粒子，搅拌混合均匀，挤出，造粒，制得石墨烯复合材料。

4、作为本发明的进一步改进，步骤s1中所述聚乙烯醇、水杨酸的质量比为8-10:2-3，所述浓硫酸的添加量为体系总质量的1-2wt%，所述加热搅拌反应的温度为120-140℃，时间为3-5h。

5、作为本发明的进一步改进，步骤s2中所述氧化石墨烯和三聚氰胺的质量比为10-15:12-17，所述煅烧的温度为500-600℃，时间为1-3h。

6、作为本发明的进一步改进，步骤s3中所述go@c3n4粉体、硝酸银和葡萄糖的质量比为100:7-10:12-15，所述加热搅拌反应的温度为85-95℃，时间为30-50min。

7、作为本发明的进一步改进，步骤s4中所述水合肼蒸汽还原的时间为5-7h，所述ag-go@c3n4粉体、多巴胺盐酸盐和催化剂的质量比为15：14-16：0.5-1，所述催化剂为ph=8.5-9的tris-hcl溶液，所述加热搅拌反应的温度为40-50℃，时间为1-3h。

8、作为本发明的进一步改进，步骤s5中所述水杨酸聚乙烯醇酯、高密度聚乙烯、增塑剂、增韧剂和改性导热粒子的质量比为30-50:10-15:1-2:1-2:5-7，所述加热熔融的温度为220-240℃，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异辛酯、己二酸二辛酯、癸二酸二辛酯中的至少一种；所述增韧剂选自聚硫橡胶、液体聚丁二烯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶和丁苯橡胶中的至少一种；所述高密度聚乙烯的密度为0.94-0.96g/cm3。

9、作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：s1. 水杨酸聚乙烯醇酯的制备：将8-10重量份聚乙烯醇溶于二甲亚砜中，加入浓硫酸和2-3重量份水杨酸，浓硫酸的添加量为体系总质量的1-2wt%，加热至120-140℃，搅拌反应3-5h，冷却至室温，加入乙醇沉淀，过滤，洗涤，干燥，制得水杨酸聚乙烯醇酯；s2. go@c3n4粉体的制备：将10-15重量份氧化石墨烯和12-17重量份三聚氰胺混合均匀，500-600℃煅烧1-3h，制得go@c3n4粉体；s3. ag-go@c3n4粉体的制备：将100重量份步骤s2制得的go@c3n4粉体加入水中，加入7-10重量份硝酸银和12-15重量份葡萄糖，加热至85-95℃，搅拌反应30-50min，离心，洗涤，干燥，制得ag-go@c3n4粉体；s4. 改性导热粒子的制备：将15重量份步骤s3制得的ag-go@c3n4粉体经过水合肼蒸汽还原5-7h，加入水中，加入14-16重量份多巴胺盐酸盐和0.5-1重量份催化剂，加热至40-50℃，搅拌反应1-3h，离心，洗涤，干燥，制得改性导热粒子；所述催化剂为ph=8.5-9的tris-hcl溶液；s5. 石墨烯复合材料的制备：将30-50重量份步骤s1制得的水杨酸聚乙烯醇酯、10-15重量份高密度聚乙烯加热至220-240℃熔融，混合均匀，加入1-2重量份增塑剂、1-2重量份增韧剂和5-7重量份步骤s4制得的改性导热粒子，搅拌混合均匀，挤出，造粒，制得石墨烯复合材料。

10、本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的石墨烯复合材料。

11、本发明进一步保护一种上述石墨烯复合材料在制备散热器件中的应用。

12、本发明具有如下有益效果：由于聚乙烯醇的分子结构使得其不具有很好的导热性能，本发明通过酯化反应，引入了水杨酸分子，其带有的苯环结构引入了分子链大共轭π键体系，从而引入了电子热传导，同时，分子链上还带有羟基结构，便于与后续制得的改性导热粒子之间通过范德华力固定，提高了改性导热粒子的分散性，从而提高了材料的导热和力学性能。

13、氧化石墨烯通过羟基与三聚氰胺的氨基能够很好的形成氢键，在煅烧下制得了go@c3n4粉体，具有很好的导热性能和阻燃性能，然后通过银离子与氧化石墨烯上的羟基固定，原位形成ag单质，明显提高了复合材料的抗菌性能和导热性能，氧化石墨烯通过水合肼还原成石墨烯后，其导热性大大提高，并且在聚多巴胺的包覆改性后，加入聚合物中能进一步提高其分散性和相容性。

14、高密度聚乙烯也是一种导热性较好的聚合物，通过与制得的水杨酸聚乙烯醇酯混合，进一步改善了复合材料的导热性能，力学性能和阻隔性能也得到一定的增强。

15、本发明制得的石墨烯复合材料具有较好的力学性能和阻隔性能，导热性能明显提高，抗菌环保性提高，能够作为制备散热材料中材料，具有广阔的应用前景。