聚丙烯(PP)塑料目前产量在五大通用塑料中据第三位。由于合成方法简单,可加工性能好以及力学性能优良,且原料来源丰富,是塑料产业中最受欢迎的品种之一。PP 在通用塑料中有着质量最轻、耐水、耐划伤、耐疲劳、透明度好、易于成型加工等优异性能,可应用于电器设备、涂料、油墨、机动车配件、建筑行业等诸多领域。但是 PP 产品在应用过程中由于导电性能差、低温环境下易脆、不易与改性填料或极性聚合物相容等缺陷,往往会带来不便甚至危险。由于石墨烯具备的各项特殊性能,可将其应用于对 PP 的力学性能、电性能、结晶性能及其他性能改善。利用石墨烯的优异性能去填补 PP 塑料的缺陷,便理所应当地被研究人员所想到并付诸实践。

溶液共混法

溶液共混法是一种通过机械搅拌方式将石墨烯与PP进行混合的过程,虽然避免了熔融高温混合带给石墨烯易团聚的问题,但是由于材料之间的极性、空间位阻等因素也会导致石墨烯在PP中分散不均匀,所以溶剂的选择尤为重要。由于PP属于非极性聚合物,所以在选择溶剂时通常选取非极性溶剂,如甲苯、二甲苯、二氯甲烷、异辛烷、四氯化碳等。研究人员利用二甲苯作为溶剂,通过溶液共混法制备 PP/石墨烯复合材料,但在测定流变性能中,类液态向类固态转变逾渗值较高,分析认为石墨烯没有均匀分散在基体中形成网络结构。有人通过溶液共混法将石墨烯与PP在二甲苯中进行机械搅拌混合,得到分散性良好的PP/石墨烯复合材料。M.M.Shokrieh 等通过溶液共混法将石墨烯与 PP 在二氯甲烷中进行复合,并利用微机械剥离法使石墨烯均匀分散在 PP 基体中,得到分散性较好的复合材料,实现了PP/石墨烯纳米复合材料在静态下的负载。

原位聚合法

在原位聚合法中,由于石墨烯具有比表面积大的优异性质,通常将其作为反应中催化剂的载体,使石墨烯在聚合反应中均匀穿插在聚合物链上,得到分散性较好的聚合物材料,但是原位聚合法对实验的反应条件要求较高且难以控制,不适合大规模生产。研究人员采用原位聚合法制得PP/石墨烯复合材料，将茂金属配合物rac—Me2Si(Ind)2ZrCl2和甲基铝氧烷作为催化剂催化PP单体聚合,通过透射电子显微镜和扫描电子显微镜观察到石墨烯在 PP 基体中得到了很好的分散。有人利用原位聚合方法得到复合材料,石墨烯作为催化剂的负载体使PP在其上进行聚合,得到的复合材料中,石墨烯均匀分散在PP中,并与PP有很好的界面接合。

熔融共混法

熔融共混法在制备复合材料过程中,容易出现的问题是石墨烯在高温下发生团聚而导致分散效果不理想。与溶液共混和原位聚合相比,熔融共混法相对操作简单环保,可大批量生产。但是此方法制备出的复合材料通常石墨烯分散性并不乐观。目前利用熔融共混法研究较多采用的基体是PP、聚苯乙烯、聚酰胺、聚氨酯和聚碳酸酯等。研究人员将石墨烯与PP采用熔融共混法得到了复合材料,发现随着石墨烯含量不断增,复合材料的极限氧指数升高,水平燃烧速率下降,石墨烯还改善了复合材料的热性能。有人制备了两种石墨烯微片,并通过熔融共混法得到PP/石墨烯微片复合材料,此方法得到的复合材料的热导率及热稳定性均显著提高。还有人通过熔融共混法制备了PP/膨胀石墨复合材料与PP/石墨烯复合材料,结果发现石墨烯在聚合物中有着更好的分散性。另外,通过乳胶技术将氧化石墨与 PP 胶乳混合溶液干燥得到薄膜,将混合物薄膜浸入还原剂水合肼中还原,最终得到的复合材料在电子显微镜下有着明显的层状结构,将得到的还原复合材料与PP进行熔融共混,得到了分散性良好的PP/石墨烯复合材料,表明PP乳胶作为分离剂起到分离氧化石墨的作用,阻止了还原过程中的石墨烯团聚问题。