一种复合物及其制备方法以及一种高分子材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种复合物及其制备方法以及一种高分子材 料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳 原子组成，也可以由异种原子(非碳原子)组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括碳 纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球及石墨稀。
[0003] 石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的材料。石墨烯几乎是完全透明的， 只吸收2.3%的光；导热系数高达5300W/m · K，高于碳纳米管和金刚石;石墨烯常温下的电 子迀移率超过15000cm2/V · s，超过纳米碳管或娃晶体;石墨稀的电阻率只有10-8Ω · m，比 铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。由于石墨烯具有透明性好，电阻率小，电子迀移速 度快等优点，可用来制造透明触控屏幕、光板、以及太阳能电池。
[0004] 目前，石墨烯的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法、热解外延生长法 等，其中，化学气相沉积法制备石墨烯简单易行，可以得到大面积高质量的石墨烯。
[0005] 现有技术虽然有用生物质原料制备石墨烯的记载，但是都偏重于得到纯度较高的 石墨烯，并且偏向于石墨烯的sp2杂化程度比较高、片层薄、导电率高的特点，并且现有技术 中，对于石墨烯的技术认知为石墨烯纯度越高越好。
[0006] 另一方面，利用现有技术的制备方法制备得到的石墨烯，在应用中，尤其是将其引 入高分子材料，对高分子材料进行改性的应用中，为了使其和高分子材料更好的结合，一般 需要对石墨烯进行前期改性或活化等处理，使石墨烯表面具有足够的活性官能团或者能够 使石墨烯更好的与高分子材料进行复合，以实现石墨烯能够带来的特点。
【发明内容】
[0007] 有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种复合物及其制备方法以及一种 高分子材料及其制备方法，制备的复合物具有优异的远红外效果和抗菌抑菌效果。
[0008] 本发明提供了一种含碳纳米结构的复合物，含有石墨烯、无定形碳和非碳非氧元 素；
[0009] 所述非碳非氧元素包括Fe、Si和A1元素；
[0010] 所述非碳非氧元素含量为复合物的0.5wt %~6wt %。
[0011] 优选的，所述非碳非氧元素还包括？、〇8、似、附、]\111、1(、]\^、0、5和&3中的任意一种 或多种。
[0012] 优选的，所述非碳非氧元素以单质和/或化合物的形式存在。
[0013] 优选的，所述非碳非氧元素以单质、氧化物或碳化物中的任意1种或几种的形式吸 附在碳纳米结构的表面或内部。
[0014]优选的，所述复合物中碳元素含量2 80wt %。
[0015] 优选的，所述非碳非氧元素占复合物的1.5wt %~5wt %。
[0016] 优选的，所述石墨烯具有厚度在100nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构。
[0017] 本发明还提供了一种含碳纳米结构的复合物的制备方法，包括：
[0018] (1)在催化剂的作用下，将生物质碳源进行催化处理，得到前驱体；
[0019] (2)在保护性气体的条件下，将所述前驱体在140°C~180°C保温1.5h~2.5h，得到 第一中间体；
[0020] (3)在保护性气体的条件下，将所述第一中间体升温至350°C~450°C保温3h~4h， 得到第二中间体；
[0021] (4)在保护性气体的条件下，将所述第二中间体升温至1100°C~1300°C保温2h~ 4h，得到第二中间体；
[0022 ] (5)将所述第三中间体依次碱洗、酸洗、水洗，得到复合物；
[0023] 所述步骤(3)、（4)中的升温速率为14°C/min~18°C/min。
[0024] 本发明还提供了一种高分子材料，包括上述复合物，或上述制备方法制备得到的 复合物。
[0025] 本发明还提供了 一种高分子材料的制备方法，包括：
[0026] 将上述复合物，或上述制备方法制备得到的复合物直接与高分子原材料进行复 合，无需对所述复合物进行活化或改性；
[0027] 所述高分子原材料为橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料中的任 意一种或多种。
[0028] 本发明还提供了上述高分子材料在针织、床上用品、家居、汽车制品、家具、管材、 型材、服装领域的应用。
[0029] 与现有技术相比，本发明提供了一种含碳纳米结构的复合物，含有石墨烯、无定形 碳和非碳非氧元素;所述非碳非氧元素占复合物的〇. 5wt %~6wt %。本发明通过控制复合 物中非碳非氧元素含量，获得了优异的远红外效果和抗菌抑菌效果，其远红外性能的法向 发射率达到〇 . 85以上，抑菌率达到95 %以上。同时，本发明公开的含有碳纳米结构的复合 物，在加入量较低的情况下，应用于高分子材料中，对高分子材料进行改性，不需对其进行 前期改性和活化处理，就可以实现带来显著的远红外性能和抗菌杀菌性能。既克服了现有 技术中需要对石墨烯进行纯化，并且纯度越高效果越好的技术偏见;又克服了现有技术中， 将石墨稀引入尚分子材料中时，必须将石墨稀进彳丁如处理，例如活化、改性等等的技术难 题。
【附图说明】
[0030] 图1是本发明实施例1制备的含有碳纳米结构的复合物的透射电镜图；
[0031 ]图2是本发明实施例2制备的含有碳纳米结构的复合物的透射电镜图；
[0032] 图3是本发明实施例3制备的含有碳纳米结构的复合物的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0033] 本发明提供了一种含碳纳米结构的复合物，所述复合物含有石墨烯、无定形碳和 非碳非氧元素；
[0034] 所述非碳非氧元素包括Fe、Si和A1元素；
[0035] 所述非碳非氧元素含量为复合物的0.5wt %~6wt %。
[0036] 本发明通过控制复合物中非碳非氧元素含量，获得了优异的远红外效果和抗菌抑 菌效果，其远红外性能的法向发射率达到〇. 85以上，抑菌率达到95 %以上。同时，本发明公 开的含有碳纳米结构的复合物，在加入量较低的情况下，应用于高分子材料中，对高分子材 料进行改性，不需对其进行前期改性和活化处理，就可以实现带来显著的远红外性能和抗 菌杀菌性能。既克服了现有技术中需要对石墨烯进行纯化，并且纯度越高效果越好的技术 偏见;又克服了现有技术中，将石墨烯引入高分子材料中时，必须将石墨烯进行前处理，例 如活化、改性等等的技术难题。
[0037] 本发明提供了一种含碳纳米结构的复合物，所述复合物含有石墨烯、无定形碳和 非碳非氧元素；
[0038] 其中，所述非碳非氧元素占复合物的0.5wt%~6wt%，优选占1.5wt%~5wt%，更 优选为2wt%~5wt%，进一步优选为2.3wt%~4.5wt% ;在本发明的某些具体实施例中，所 述非碳非氧元素的含量为〇.7wt%、1 · lwt%、1.3wt%、1.6wt%、2wt%、2.8wt%、3.5wt%、 4 · 2wt %、5 · 3wt % 或5 · 8wt %。
[0039] 所述复合物中的非碳非氧元素包括Fe、Si和A1元素;优选还包括P、Ca、Na、Ni、Mn、 1(、1^、0、3或(：〇中的任意一种或多种 ;所述非碳非氧元素以单质、化合物中的任意1种或至 少2种的组合的形式存在。所述化合物典型但非限制性的包括碳化物、氧化物等。
[0040] 本发明提供的碳纳米结构中，除了碳元素和氧元素，所含有的其他元素可以是P、 Mn、K的组合，？、3丨^1、恥小6、附的组合，〇3、3丨、？6^1、恥、附的组合，？、3丨^1、恥小6、1(的组 合，3;[、？6、03、41、]\111、0的组合等。
[0041] 本发明制备得到的含碳纳米结构的复合物中含有多种成分，各成分之间的作用紧 密相连，起到相互协同辅助的作用，因此非碳非氧元素含量对于复合物所能起到的作用是 很重要的。
[0042] 所述复合物中碳元素的含量2 80wt%，优选85wt%~97wt%，进一步优选90wt% ~95wt% ;在本发明的某些具体实施例中，所述碳元素的含量为82wt%、86wt%、89wt%、 91wt%、94wt%、97wt%或99wt%。
[0043] 本发明中，所述非碳非氧元素、碳元素的含量可以通过元素分析测定。
[0044]所述含有碳纳米结构的复合物远红外检测法向发射率大于0.80，优选大于0.85， 更优选大于〇. 88;在本发明的某些具体实施例中，其远红外检测法向发射率为0.81、0.83、 0·84、0·86、0·87、0·88、0·89、0·91、0·92、0·93。
[0045]所述复合物在拉曼光谱下碳元素 G峰与D峰峰高比值大于1，优选为1~20,更优选 为2~20，更优选3~20，进一步优选5~20，特别优选7~20，最优选10~20;在本发明的某些 具体实施例中，所述比值为2、5、7、8、10、12、13、16、18。
[0046]拉曼光谱下碳元素 G峰体现了sp2杂化程度;D峰体现了晶格缺陷，例如sp3的碳结 构。
[0047]本发明提供的碳纳米结构的复合物是一种以碳元素为主的含有杂质元素的复合 物，其中碳元素主要以sp2杂化的形式存在。
[0048] 本发明中，所述石墨烯含量为含碳总量的10%以上，优选10%~80%。
[0049]所述石墨烯具有厚度在100nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构，优选具有厚度 在20nm以下的碳的六元环蜂窝状片层结构，进一步优选具有层数为1~10层碳的六元环蜂 窝状片层结构中的任意1种或至少2种的组合，优选单层、双层或3~10层结构的中的任意1 种或至少2种的组合。
[0050] 优选地，所述石墨烯中碳的六元环蜂窝状片层结构微观上呈现翘曲、卷曲、折叠构 象中的任意1种或至少2种的组合。
[0051] 关于复合物中的片层结构的微观形貌典型的可以通过电子显微镜观察获得，可以 是透射电镜或扫描电镜。
[0052] 层数多于10层，厚度在lOOnm以内碳的六元环蜂窝状片层结构，称为石墨稀纳米片 层，以生物质为碳源