[發明專利]酒石酸改性氧化石墨烯/脲醛樹脂復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610198575.8
• 申請日: 2016-04-01
• 公開（公告）號: CN105860432B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 楊焰;廖有為;廖陽飛;肖邵博;劉艷紫
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學;湖南金磐新材料科技有限公司
• 主分類號: C08L61/24
• 分類號: C08L61/24;C08K9/02;C08K9/04;C08K3/04
• 代理公司: 長沙星耀專利事務所(普通合伙)43205
• 代理人: 黃純能,寧星耀

技術領域

本發明涉及一種酒石酸改性氧化石墨烯/脲醛樹脂復合材料的制備方法。

背景技術

氧化石墨烯是由單層碳原子緊密堆積而成的具有二維平面蜂窩狀晶格結構的碳系材料，其碳原子之間的化學鍵由sp²雜化軌道組成，因此氧化石墨烯具備可彎折、導電性強、機械強度好、透光性好等其他新材料不具備的優良特性，將其應用于樹脂，可以顯著提高樹脂的各項性能。氧化石墨烯表面及邊緣上含有大量含氧官能團，這些含氧官能團可以與重金屬離子發生螯合作用，也能通過氫鍵與吸附物形成網狀的籠形分子，這使得氧化石墨烯能成為理想的吸附材料，同時，含氧官能團也使氧化石墨烯易于被修飾以增加與聚合物基質的相容性。但氧化石墨烯的分散性較差，應用于吸附領域時，常因材料團聚而無法發揮應有的效果，也因難以收集而無法實現氧化石墨烯的后續處理。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種酒石酸改性氧化石墨烯/脲醛樹脂復合材料的制備方法，該方法所制得的復合材料既可用于吸附水中的重金屬離子及有機陽離子染料，本身也具有較為優異的機械性能，可以作為基體的保護層進行使用。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：酒石酸改性氧化石墨烯/脲醛樹脂復合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）取1-3重量份石墨粉作為石墨原料，與50-150重量份95-98wt%的濃硫酸、1-3重量份過硫酸鉀、1-3重量份五氧化二磷混合均勻，置于密閉反應容器中，先于冰浴條件下攪拌均勻，再于60-100℃水浴加熱條件下攪拌反應6-12h，經減壓、抽濾、洗滌后，將過濾物真空干燥、研磨，加入100-200重量份95-98wt%的濃硫酸及1-2重量份硝酸鈉、7-11重量份高錳酸鉀，在冰浴條件下反應1-3h，再于30-70℃下攪拌46-52h，加入10-40重量份8-12wt%的過氧化氫后，冰浴條件下反應2-4h，于室溫下將懸濁液進行離心沉降，去除上層清液，沉降物中加入去離子水并攪拌后進行離沉降，去除上層清液，取沉降物加入無水乙醇，攪拌后，進行離心沉降，取沉降物無水乙醇洗滌，將沉降物真空干燥，即得氧化石墨烯；

（2）將氧化石墨烯和酒石酸分別溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，其中，氧化石墨烯與酒石酸的質量比為1:1-1.5，然后將氧化石墨烯和酒石酸懸浮液置于恒溫振蕩器中40-80℃反應2-6h，然后置于旋轉蒸發儀中控制溫度為40-70℃，反應1.5-3h；將反應產物反復水洗、抽濾，冷凍干燥，即得酒石酸改性氧化石墨烯；將所得酒石酸改性氧化石墨烯放入水中分散均勻，即得酒石酸改性氧化石墨烯水溶液；

（3）固定甲醛與尿素的總摩爾比為1.2:1，在三口燒瓶中加入一定量的甲醛溶液，用氫氧化鈉溶液調節pH至堿性，攪拌10-30min后，加入第1批尿素，所加尿素占總尿素量的35-45wt%，80-100℃恒溫反應40-60min后，用NH₄Cl溶液調節pH至酸性，加入第2批尿素及酒石酸改性氧化石墨烯水溶液，所加尿素占總尿素量的35-45wt%，所加酒石酸改性氧化石墨烯水溶液中，酒石酸改性氧化石墨烯的用量為尿素總量的0.5-1.5wt%，控制溫度在80-100℃繼續反應30-50min，用氫氧化鈉溶液調pH至堿性，加入第3批尿素，所加尿素占總尿素量的10-30wt%，在40-80℃內反應20-40min，冷卻至室溫后，即得酒石酸改性氧化石墨烯/脲醛樹脂復合材料。

進一步，步驟（3）中，在三口燒瓶中加入一定量的甲醛溶液后，用10wt%的氫氧化鈉溶液調節pH至7.5-8.5。

進一步，步驟（3）中，用10wt%的NH₄Cl溶液調節pH至4.0-5.0。

進一步，步驟（3）中，加入第2批尿素及酒石酸改性氧化石墨烯水溶液反應后，控制溫度在80-100℃繼續反應30-50min，用10wt%的氫氧化鈉溶液調pH至7.5-8.5。

本發明先利用酒石酸對氧化石墨烯進行接枝改性，得到酒石酸改性氧化石墨烯，然后將制備的酒石酸改性氧化石墨烯經水洗、冷凍干燥后制成水溶液，然后將酒石酸改性氧化石墨烯水溶液在脲醛樹脂合成的第二階段加入到反應容器中，而酒石酸改性氧化石墨烯水溶液中酒石酸改性氧化石墨烯的用量為尿素總量的0.5-1.5wt%。