本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種GO-OPBI復(fù)合材料薄膜的制備方法。

背景技術(shù)：

氧化石墨烯（GO）是一種優(yōu)良的納米填料，它很好地保持了石墨烯原有的二維納米結(jié)構(gòu)，同時(shí)其表面大量的含氧官能團(tuán)賦予了GO優(yōu)良的可加工性，使其能完全剝離并分散在水中，而且這些官能團(tuán)能通過(guò)氫鍵、共價(jià)鍵或者靜電作用力增強(qiáng)石墨烯與聚合物基體中一些極性基團(tuán)的作用力。目前為止，許多課題組利用GO與水溶性聚合物，如PVA、Nafion、殼聚糖等，通過(guò)溶液共混，澆鑄成膜的方法制備了許多性能優(yōu)異的聚合物復(fù)合材料。但是，制備非水溶性聚合物時(shí)，通常需要對(duì)GO表面進(jìn)行改性，因?yàn)镚O在有機(jī)溶劑中的分散性遠(yuǎn)不如其在水中的分散性。而表面改性通常會(huì)遇到規(guī)模小、耗時(shí)長(zhǎng)、步驟多以及環(huán)境污染等問(wèn)題，因此如何將GO在有機(jī)溶劑中均勻地分散，得到高濃度的GO有機(jī)溶液，從而簡(jiǎn)化制備GO與一些極性非水溶性聚合物復(fù)合材料的步驟，一直是一個(gè)難題。

芳香族聚苯并咪唑（PBI）是一類(lèi)具有優(yōu)良物理性能，如耐熱性能、力學(xué)性能及成膜性的高性能材料。這些性能使其在防火、航空等領(lǐng)域具有極高的潛在價(jià)值，此外，PBI也被廣泛用作質(zhì)子交換膜。為了得到更好的物理性能，研究者們嘗試了用多種無(wú)機(jī)納米粒子，如蒙脫土、碳纖維及碳納米管等對(duì)其進(jìn)行改性，但得到的結(jié)果均不甚理想。GO保留了石墨烯大部分優(yōu)異的物理性能，同時(shí)GO上的環(huán)氧、羧基等基團(tuán)能與PBI主鏈中的咪唑基團(tuán)產(chǎn)生共價(jià)或非共價(jià)的作用，因此用GO增強(qiáng)PBI可望得到良好的結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明旨在提供一種GO-OPBI復(fù)合材料薄膜的制備方法。

一種GO-OPBI復(fù)合材料薄膜的制備方法，步驟如下：

（1）制備氧化石墨烯的DMSO溶液：在50ml去離子水中加入0.1g GO，超聲分散1小時(shí)，在得到的GO水溶液中加入100ml DMSO，攪拌1小時(shí)；隨后減壓蒸餾除去混合液中的水直到部分DMSO餾出為止；然后把得到的GO/DMSO溶液在3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘，得到分散均勻的GO有機(jī)溶液。

（2）聚醚型苯并咪唑（OPBI）的合成：在100ml三口燒瓶中加入5.0mmol的DAB和DCDPE，以及45g的PPMA，升溫至140°C，在氮?dú)夥諊聰嚢璺磻?yīng)40分鐘；隨后將產(chǎn)物沉析至冰水中，用5%的碳酸氫鈉溶液洗滌24小時(shí)后，再用去離子水洗滌24小時(shí)，烘干后得到目標(biāo)產(chǎn)物；

（3）GO/OPBI復(fù)合材料薄膜的制備：將OPBI固體加入到GO/DMSO溶液中得到GO含量0.5wt%的復(fù)合材料，磁力攪拌至完全溶解；隨后澆鑄于光滑的玻璃板上，在80°C下干燥12小時(shí)；再將干燥的膜在60°C水中洗滌12小時(shí)，將溶劑完全除去；最后再在80°C下干燥12小時(shí)。

所述PPMA為甲烷磺酸與五氧化二磷以質(zhì)量比10:1配成的溶液。

本發(fā)明中，我們首次制備了GO增強(qiáng)PBI復(fù)合材料?？紤]到溶解性的問(wèn)題，我們選用聚醚型苯并咪唑（OPBI）作為基體，這種PBI能很好地溶解于DMSO等極性溶劑中。我們首先利用溶劑交換的方法將GO均勻地分散在二甲亞砜（DMSO）中，得到了高濃度的GO有機(jī)溶液。隨后，我們通過(guò)溶液共混，澆鑄成膜的方法制備了復(fù)合材料薄膜，薄膜的均一性良好。GO使OPBI的機(jī)械性能得到了全面的提高，聚合物的模量提高了16.9%，斷裂強(qiáng)度提高了33.4%，斷裂伸長(zhǎng)率提高了56.6%，韌性提高了87.9%，而且OPBI的熱穩(wěn)定性也隨著GO的加入得到了增強(qiáng)。這個(gè)結(jié)果為PBI材料在更加嚴(yán)酷的環(huán)境下使用提供了可能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

一種GO-OPBI復(fù)合材料薄膜的制備方法，步驟如下：

（1）制備氧化石墨烯的DMSO溶液：在50ml去離子水中加入0.1g GO，超聲分散1小時(shí)，在得到的GO水溶液中加入100ml DMSO，攪拌1小時(shí)；隨后減壓蒸餾除去混合液中的水直到部分DMSO餾出為止；然后把得到的GO/DMSO溶液在3000轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速下離心30分鐘，得到分散均勻的GO有機(jī)溶液。

（2）聚醚型苯并咪唑（OPBI）的合成：在100ml三口燒瓶中加入5.0mmol的DAB和DCDPE，以及45g的PPMA，升溫至140°C，在氮?dú)夥諊聰嚢璺磻?yīng)40分鐘；隨后將產(chǎn)物沉析至冰水中，用5%的碳酸氫鈉溶液洗滌24小時(shí)后，再用去離子水洗滌24小時(shí)，烘干后得到目標(biāo)產(chǎn)物；

（3）GO/OPBI復(fù)合材料薄膜的制備：將OPBI固體加入到GO/DMSO溶液中得到GO含量0.5wt%的復(fù)合材料，磁力攪拌至完全溶解；隨后澆鑄于光滑的玻璃板上，在80°C下干燥12小時(shí)；再將干燥的膜在60°C水中洗滌12小時(shí)，將溶劑完全除去；最后再在80°C下干燥12小時(shí)。

所述PPMA為甲烷磺酸與五氧化二磷以質(zhì)量比10:1配成的溶液。

GO使OPBI的機(jī)械性能得到了全面的提高，聚合物的模量提高了16.9%，斷裂強(qiáng)度提高了33.4%，斷裂伸長(zhǎng)率提高了56.6%，韌性提高了87.9%，而且OPBI的熱穩(wěn)定性也隨著GO的加入得到了增強(qiáng)。這個(gè)結(jié)果為PBI材料在更加嚴(yán)酷的環(huán)境下使用提供了可能。