本发明专利技术公开了一种制备改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜的方法，本发明专利技术的改性剂选用7-氨基-4-甲基香豆素，本发明专利技术选用水合肼、维生素C或葡萄糖等化学还原剂；先制备改性石墨烯，再配制改性石墨烯的分散液，然后将改性石墨烯的分散液加入到聚甲基丙烯酸甲酯溶液中，得到分散均匀的改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液；最后将上述混合溶液倒入器皿中，在大气或者真空环境下，于40-80摄氏度干燥至恒重，得到改性石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜。其中，改性石墨烯的质量分数为0.1%-15%。本发明专利技术具有制备简单、反应条件温和、易于操控制等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于聚合物复合材料制备
，具体涉及一种制备改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜的方法。
技术介绍
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），通常被称作有机玻璃，它的化学稳定性好，透光率高，溶解性能和成膜性能，机械性能高，安全无毒，价格低，且易于成型加工，广泛用于航空、光学仪器、建筑等领域。但聚甲基丙烯酸甲酯本身质脆易开裂，热稳定性较差，使得聚甲基丙烯酸甲酯及其复合材料在诸多领域的应用都受到限制。石墨烯是一种新型的二维纳米碳材料，具有优异的电性能、机械性能和热性能等，因此，将其作为纳米填料组分加入聚合物中，可以有效改善聚合物的电、机械和热等性能。因此，这种方法将成为聚合物基纳米复合材料领域的研究热点和重点。然而，石墨烯的表面呈惰性状态，与其他介质之间的相互作用弱，且石墨烯片层之间具有较强的范德华力，导致其亲水、亲油性都很差，这使得它在聚甲基丙烯酸甲酯基体中的分散性差且容易团聚，因而不能很好地与聚合物基体复合，这大大限制了石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的进一步研究和应用范围。石墨烯的分散状态对复合材料的性能会产生明显影响，因此，石墨烯的分散性问题是石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合材料制备中的关键问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术利用改性剂对石墨烯进行修饰，从而提高和改善它在水和有机溶剂中的分散性，进而提供一种制备简单、反应条件温和、易于操控制且分散均匀的制备改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜的方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）改性石墨烯的制备：先将氧化石墨烯分散在去离子水中，在常温下超声震荡搅拌0.5-24h，得到浓度为0.01-3.0mg/mL的氧化石墨烯-水分散液；再将7-氨基-4-甲基香豆素加入到该氧化石墨烯-水分散液中，在20-50℃下搅拌0.1-12h；然后加入碱性溶液，搅拌0.1-12h，并调节pH值到9-10；再加入化学还原剂，在60-100℃下反应12-100h得到改性混合液；将该改性混合液抽滤得到固态物质，再依次用乙醇和去离子水洗涤所述的固态物质至中性；放置在大气或者真空环境下，于40-80℃干燥至恒重，即得到改性石墨烯。2）配制改性石墨烯-四氢呋喃分散液：将步骤1）得到的改性石墨烯加入到四氢呋喃中，搅拌0.5-12h，然后超声震荡0.5-24h，得到浓度为0.01-2.0mg/mL的改性石墨烯-四氢呋喃分散液。3）制备薄膜：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于四氢呋喃中，得到质量浓度为1%-10%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液；将步骤2）得到的改性石墨烯-四氢呋喃分散液加入到上述聚甲基丙烯酸甲酯溶液中，搅拌0.1-8h，再用超声震荡0.3-24h，得到分散均匀的改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液。将上述石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液倒入器皿中，在大气或真空环境下，于40-80℃下干燥至恒重，得到改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜；其中，改性石墨烯的质量分数为0.1%-15%。进一步，步骤1）中所述的碱性溶液是浓度为0.1-2.0mol/L的氢氧化钠溶液或质量分数为25%-28%的氨水溶液。进一步，步骤1）中所述的氧化石墨烯、7-氨基-4-甲基香豆素、化学还原剂的质量比为1：1-40：1-40。进一步，步骤1）中所述的化学还原剂为水合肼、维生素C或葡萄糖。与现有的技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术选取的聚合物基体为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），可以通过购买市售品或合成制备获得，安全无毒，化学稳定性好。溶解性能好，成膜性能好，有利于加工制备。2、本专利技术选取的改性剂为7-氨基-4-甲基香豆素，其分子含有氨基、酯基和共轭结构等，可以与氧化石墨烯中的羰基和羧基等含氧基团发生氢键和e-e等相互作用，通过被还原而得到的改性石墨烯中也含有氨基等基团，可以与聚甲基丙烯酸甲酯分子中的酯基产生氢键相互作用，有利于提高和改善石墨烯在聚甲基丙烯酸甲酯中的分散性，增强界面结合力。3、本专利技术选取的改性剂为7-氨基-4-甲基香豆素，可以通过购买市售品或合成制备获得，材料易于获得，溶解性能好，化学稳定性好，成本低。4、本专利技术选取的化学还原剂，可以通过购买市售品或合成制备获得，材料易于获得，溶解性能好，化学稳定性好，价格低廉。5、本专利技术所述的一种改性石墨烯/聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜的制备方法，可以通过控制改性石墨烯的添加量来调节聚甲基丙烯酸甲酯热性能等的优劣，制备出的复合薄膜分散均匀，性能稳定。6、该制备方法简单，条件温和，易于操作和控制。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术所使用的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），可以通过购买市售品或合成制备获得。其溶解性能好，易溶于四氢呋喃等有机溶剂，成膜性能好，便于加工制备。本专利技术所利用改性剂，即7-氨基-4-甲基香豆素，来修饰石墨烯，从而提高石墨烯在水和有机溶剂中的分散性。其中，改性剂，即7-氨基-4-甲基香豆素，中文别名为香豆素120，其分子结构式如下：它可以通过购买市售品或合成制备获得，化学稳定性好，溶解性能好。本专利技术所采用的原料——氧化石墨烯可以通过购买市售品或合成制备得到。一、一种制备改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜的方法，包括如下步骤：1）改性石墨烯的制备：先将氧化石墨烯分散在去离子水中，在常温下超声震荡搅拌0.5-24h，得到浓度为0.01-3.0mg/mL的氧化石墨烯-水分散液；再将7-氨基-4-甲基香豆素加入到该氧化石墨烯-水分散液中，在20-50℃下搅拌0.1-12h；然后加入碱性溶液，搅拌0.1-12h，并调节pH值到9-10；再加入化学还原剂，在60-100℃下反应12-100h得到改性混合液；将该改性混合液抽滤得到固态物质，再依次用乙醇和去离子水洗涤所述的固态物质至中性；放置在大气或者真空环境下，于40-80℃干燥至恒重，即得到改性石墨烯。本步骤操作是采用添加改性剂和化学还原氧化石墨烯的方法来制备改性石墨烯。所述氧化石墨烯、7-氨基-4-甲基香豆素、化学还原剂中，7-氨基-4-甲基香豆素、化学还原剂应过量使用，反应用通过洗涤操作除去过量的改性剂和化学还原剂。2）将步骤1）得到的改性石墨烯加入到四氢呋喃中，搅拌0.5-12h，然后超声震荡0.5-24h，得到浓度为0.01-2.0mg/mL的改性石墨烯-四氢呋喃分散液。3）制备薄膜：制备薄膜：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于四氢呋喃中，得到质量浓度为1%-10%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液；将步骤2）得到的改性石墨烯-四氢呋喃分散液加入到上述聚甲基丙烯酸甲酯溶液中，搅拌0.1-8h，再用超声震荡0.3-24h，得到分散均匀的改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液；将上述石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液倒入器皿中，在大气或真空环境下，于40-80℃下干燥至恒重，得到改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜；其本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改性石墨烯‑聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1）改性石墨烯的制备：先将氧化石墨烯分散在去离子水中，在常温下超声震荡搅拌0.5‑24h，得到浓度为0.01‑3.0 mg/mL的氧化石墨烯‑水分散液；再将7‑氨基‑4‑甲基香豆素加入到该氧化石墨烯‑水分散液中，在20‑50℃下搅拌0.1‑12h；然后加入碱性溶液，搅拌0.1‑12h，并调节pH值到9‑10；再加入化学还原剂，在60‑100℃下反应12‑100h得到改性混合液；将该改性混合液抽滤得到固态物质，再依次用乙醇和去离子水洗涤所述的固态物质至中性；放置在大气或者真空环境下，于40‑80℃干燥至恒重，即得到改性石墨烯；2）配制改性石墨烯‑四氢呋喃分散液：将步骤1）得到的改性石墨烯加入到四氢呋喃中，搅拌0.5‑12h，然后超声震荡0.5‑24h，得到浓度为0.01‑2.0 mg/mL的改性石墨烯‑四氢呋喃分散液；3）制备薄膜：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于四氢呋喃中，得到质量浓度为1%‑10%的聚甲基丙烯酸甲酯溶液；将步骤2）得到的改性石墨烯‑四氢呋喃分散液加入到上述聚甲基丙烯酸甲酯溶液中，搅拌0.1‑8h，再用超声震荡0.3‑24h，得到分散均匀的改性石墨烯‑聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液；将上述石墨烯‑聚甲基丙烯酸甲酯混合溶液倒入器皿中，在大气或真空环境下，于40‑80℃下干燥至恒重，得到改性石墨烯‑聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜；其中，改性石墨烯的质量分数为0.1%‑15%。...
【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）改性石墨烯的制备：先将氧化石墨烯分散在去离子水中，在常温下超声震荡搅拌0.5-24h，得到浓度为0.01-3.0mg/mL的氧化石墨烯-水分散液；
再将7-氨基-4-甲基香豆素加入到该氧化石墨烯-水分散液中，在20-50℃下搅拌0.1-12h；然后加入碱性溶液，搅拌0.1-12h，并调节pH值到9-10；再加入化学还原剂，在60-100℃下反应12-100h得到改性混合液；
将该改性混合液抽滤得到固态物质，再依次用乙醇和去离子水洗涤所述的固态物质至中性；放置在大气或者真空环境下，于40-80℃干燥至恒重，即得到改性石墨烯；
2）配制改性石墨烯-四氢呋喃分散液：将步骤1）得到的改性石墨烯加入到四氢呋喃中，搅拌0.5-12h，然后超声震荡0.5-24h，得到浓度为0.01-2.0mg/mL的改性石墨烯-四氢呋喃分散液；
3）制备薄膜：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于四氢呋喃中，得到质量浓度为1%-10%的聚甲基丙烯酸...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄杰，杨冰，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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