[發明專利]一種水性石墨烯環氧樹脂納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201410445875.2
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN104231547A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 宋肖肖;孫明娟;王圓圓;孟良
• 申請（專利權）人: 濟寧利特納米技術有限責任公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K9/04;C08K3/04
• 代理公司: 濟寧眾城專利事務所 37106
• 代理人: 李效寧

技術領域

?本發明屬于樹脂基納米復合材料的制備領域，具體地說涉及一種水性石墨烯/環氧樹脂納米復合材料的制備方法。

背景技術

環氧樹脂是由含有2個以上環氧基的分子聚合而成的低聚物，由于環氧樹脂復合材料具有強度高、密度低的特點，已經逐漸成為工業領域不可缺少的基礎材料之一。但隨著國家環保和工人勞動保護的加強，以水取代有機溶劑的涂料工藝已經成為涂料發展的重要方向；水性環氧樹脂具有溶劑型環氧樹脂的性能，又克服了溶劑揮發對環境的污染，在建筑涂料、防腐涂料等方面具有極大的應用前景。但環氧樹脂的熱穩定性、耐溶劑性及力學性能等較低，影響其應用范圍。因此為了提高環氧樹脂的綜合性能，要對其進行有效的改性；

石墨烯是目前世界上最薄、最堅硬的納米材料，常溫下其電子遷移率超過15000cm²/s，比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10^-6Ω.cm，比銅更低，為目前世上電阻率最小的材料之一；但是石墨烯表面惰性大、表面能低、具有化學活性的官能團少，導致石墨烯和環氧樹脂之間的浸潤性差，且兩者之間也較難以形成化學鍵合作用，直接影響環氧樹脂納米復合材料與基體之間的應力傳遞與分散，石墨烯的高性能不能充分得到發揮；如何有效實現石墨烯與水性環氧樹脂的復合，以提高環氧樹脂與基體的結合力、耐腐蝕性及抗沖擊性能，成為本發明所要解決的一大難題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種水性石墨烯/環氧樹脂納米復合材料的制備方法，以獲得高效穩定的石墨烯水分散液，進而實現石墨烯與水性環氧樹脂的復合，提高環氧樹脂的綜合性能。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：一種水性石墨烯/環氧樹脂納米復合材料的制備方法，它包含如下步驟：

（1）將石墨溶于濃硫酸和濃磷酸的混酸溶液中，加入高錳酸鉀后于40?℃反應10小時，然后加入上述混酸溶液2倍體積的冰水；攪拌均勻冷卻到室溫，再加入石墨質量3倍的過氧化氫溶液還原，反應完畢經洗滌、干燥后，制得氧化石墨烯；

（2）稱取一定量的氧化石墨烯于容器中，加入聚乙烯吡咯烷酮，其中氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮的質量比為5:1-1:5；然后進行磁力攪拌，混合均勻后，再加入還原劑，得到功能化石墨烯；

（3）將獲得功能化石墨烯分散于水中，配置濃度為0.0005-0.01mg/ml的石墨烯水分散液；

（4）向所得石墨烯水分散液中加入環氧樹脂得混合液，并在常溫下攪拌40-70min，于真空條件0.1-0.3MPa下減壓蒸餾，直至將體系中的水去除；

（5）向體系中加入化學當量的固化劑，得到混合物；

（6）將混合物澆鑄至預熱溫度為50-80℃的模具中，放入烘箱固化，得到水性石墨烯/環氧樹脂納米復合材料。

所述功能石墨烯、環氧樹脂、固化劑所占比例分別為0.005-10%、43-74%、22-47%；

所述的還原劑為水合肼、抗敗血酸的一種或上述兩種的混合物；

所述的固化劑為低分子聚酰胺。

本發明的有益效果是：通過獲得高穩定的石墨烯水分散液，使得石墨烯與環氧樹脂具有優異的界面相容性及結合力；有效提高了環氧樹脂與基底的結合力、耐腐蝕及抗沖擊性能；相比于常規的水性環氧樹脂材料，本發明制備的石墨烯/環氧樹脂復合材料的硬度提高1.5倍，耐沖擊性提高12?倍；本發明提供的水性石墨烯/環氧樹脂納米復合材料的制備方法，操作過程簡便可控，易于大批量制備及合成。

具體實施方式

下面通過具體實施例進一步說明本發明的技術方案。

?實施例1

（1）將石墨溶于濃硫酸和濃磷酸的混合溶液中，加入高錳酸鉀后于40?℃反應10小時，然后加入混酸體積2倍的冰水；攪拌均勻冷卻到室溫，再加入石墨質量3倍的過氧化氫溶液還原，反應完畢經洗滌、干燥后，制得氧化石墨烯；???????????

（2）按質量比5:1取氧化石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮共2.4g，再加入4.5g?抗敗血酸，混合均勻，反應完畢獲得功能化石墨烯；

（3）將功能化石墨烯分散于水中，獲得濃度為0.008g/ml的石墨烯水分散液10ml；

（4）向上述石墨烯水分散液中加入環氧樹脂0.59g，在常溫下攪拌40min后，于真空0.1MPa條件下減壓蒸餾，將體系中水去除；

（5）而后在體系中加入低分子聚酰胺0.24g后，得到混合物；