[發明專利]一種SiO2納米粒子接枝氧化石墨烯改性環氧樹脂的方法

有效

• 申請號: 201210072913.5
• 申請日: 2012-03-16
• 公開（公告）號: CN102604332A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 李善榮;陸紹榮;徐旭;劉括;祁博;凌日華
• 申請（專利權）人: 桂林理工大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/02;C08K3/04;C08K3/36;C09C1/44;C09C3/06
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技術領域：

本發明所屬技術領域為材料化學領域，特別涉及一種SiO₂納米粒子接枝氧化石墨烯改性環氧樹脂的方法。

背景技術：

石墨烯是由碳原子以SP₂雜化結合成的單碳原子層，結構非常穩定，具有優異的力學性能、電學性質和良好的熱學性質，研究發現，石墨烯楊氏模量可達11000GPa，斷裂強度達125GPa，熱導率達5000W/(m·K)，理論比表面積高達2630m²/g，而且具有完美的量子隧道效應、半整數的量子霍爾效應和從不消失的電導率等性質，是目前已知世界上強度最高的材料，是構建其它維度碳質材料(如零維富勒烯、一維碳納米管、三維石墨)的基本單元，經過化學功能化以后的單層石墨在水及有機溶劑中具有很好的溶解性，有利于其均勻分散及成型加工。目前，研究最多的是石墨烯增強改性高分子材料。

二氧化硅納米粒子具有化學穩定性好、耐高溫、不燃燒、電絕緣性好等特點，是橡膠、塑料、涂料、醫藥、農藥、造紙及日用化工諸多領域重要的無機填料。二氧化硅納米粒子表面活性大，能與其它分子發生作用，從而具有優良的耐酸、耐堿、吸收性、分散性、增稠性、觸變性及削光性等性能。

環氧樹脂是一種熱固性樹脂，泛指分子中含有兩個或兩個以上環氧基團的有機高分子化合物，分子結構是以分子鏈中含有活潑的可以反應的環氧基團為其特征，使它們可與多種類型的固化劑發生交聯反應而形成不溶、不熔的具有三向網狀結構的高聚物。固化后可以得到高度有序、深度交聯的固化網絡。其固化物具有優異的機械、熱、電、光等方面性能，特別是尺寸穩定性、耐熱性、抗沖擊性相對普通環氧樹脂大大改善，取向方向介電性能優異，在大規模集成微電子封裝材料、航空航天復合材料、發電機絕緣材料、日用家電和汽車涂料、土木建筑膠粘劑和金屬抗蝕電泳涂料、軍事國防等領域有重要的潛在應用前景。

目前改性環氧樹脂的方法雖然有很多種，但大部分都操作工藝流程復雜，存在污染現象，成本較高，且利用SiO₂納米粒子接枝氧化石墨烯來改性環氧樹脂的概念也從未被使用過。

發明內容：

本發明的目的是提供一種SiO₂納米粒子接枝氧化石墨烯改性環氧樹脂的方法，該方法的原料易得，并將SiO₂納米粒子成功接枝到氧化石墨烯片層上，實現了氧化石墨烯和SiO₂納米粒子結構上的優勢互補，能很好的改性環氧樹脂。

具體步驟如下：

(1)將10～50ml正硅酸乙酯和20～100ml四氫呋喃混合，滴加入0.2～0.5ml質量百分比濃度為36％的鹽酸，常溫攪拌24～72小時，再加入100～300ml去離子水和10～100克氯化鈉，攪拌均勻，用分液漏斗進行分液，棄去下層清液，往上層有機液中加入10～50克無水硫酸鎂靜置過夜，過濾得到SiO₂溶膠；

(2)將0.1～1克氧化石墨加入20～100ml四氫呋喃中，在超聲波環境下分散30～90分鐘，形成均勻分散的氧化石墨烯溶液；

(3)取2～10ml步驟(2)超聲分散好的氧化石墨烯溶液置于帶有攪拌器、溫度計、冷凝管的三口燒瓶中，滴加1～10ml甲苯二異氰酸酯，升溫到30～100℃反應12～36小時，再加入2～20ml步驟(1)制得的SiO₂溶膠，繼續反應48～72小時，減壓抽濾，產物用無水乙醇洗滌2～3次，烘干得到灰黑色粉末，即為SiO₂納米粒子接枝氧化石墨烯；

(4)取0.2～2克步驟(3)制得的SiO₂納米粒子接枝氧化石墨烯加入到20～80克環氧樹脂基體中，減壓抽氣，再加入2～16克4，4′-二氨基二苯砜固化劑，混合溶解后倒入涂有硅脂的鋼模具中，于130℃/2小時+170℃/2小時+190℃/2小時下固化成型，即制得SiO₂納米粒子接枝氧化石墨烯改性的環氧樹脂固化物；

所述氧化石墨是以化學純鱗片石墨為原料，采用Hummers氧化法制得；

所述正硅酸乙酯、四氫呋喃、去離子水、氯化鈉和4，4′-二氨基二苯砜(DDS)均為分析純；甲苯二異氰酸酯(TDI)、氯化鈉和無水硫酸鎂均為化學純；環氧樹脂是E-44，為工業級。

本方法采用廉價的原料，簡單的合成過程制備出一種SiO₂納米粒子接枝氧化石墨烯，用于改性環氧樹脂固化物，具有以下優點：