[發明專利]一種氧化石墨烯表面化學修飾的方法及應用

在審

• 申請號: 201810129357.8
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN108342099A
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發明（設計）人: 馬麗春;郭世梅;宋國君;谷正;王剛;王明業;石龍龍
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: C09C1/46
• 分類號: C09C1/46;C09C3/06;C09C3/08;C08K9/02;C08K9/04;C08K3/04;C08L63/00;C01B32/198
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

一種氧化石墨烯表面化學修飾的方法及應用，涉及一種氧化石墨烯表面修飾的方法及應用。目的是解決石墨烯在環氧樹脂中存在聚集嚴重導致的分散性差以及石墨烯/環氧樹脂復合材料的界面結合較弱的問題。制備：一、制備氧化石墨烯；二、氧化石墨烯的羥基化處理；三、三聚氯氰修飾氧化石墨烯；四、二乙烯三胺修飾氧化石墨烯。應用：三嗪衍生物化學修飾氧化石墨烯在制備氧化石墨烯/環氧樹脂復合材料中的應用。本發明采用共價接枝方法將三聚氯氰和二乙烯三胺接枝到氧化石墨烯表面，制備得到了三嗪衍生物修飾的氧化石墨烯，氧化石墨烯在復合材料中的分散性和界面結合性能提高。本發明用于氧化石墨烯表面化學修飾及制備氧化石墨烯/環氧樹脂復合材料。

技術領域

本發明涉及一種氧化石墨烯表面修飾的方法及應用。

背景技術

石墨烯是具有高強度的納米級材料，石墨烯增強環氧樹脂復合材料在航空航天、機械制造、建筑等領域有廣泛的應用。但是，石墨烯在環氧樹脂中存在聚集嚴重，分散性差和界面結合較弱的問題，從而限制了石墨烯/環氧樹脂復合材料優異性能的充分發揮。為解決上述問題，通常采用對石墨烯表面進行改性的方法，主要包括非共價修飾和共價修飾。非共價修飾是通過弱的結合作用連接分子，例如氫鍵，范德華力或靜電吸附等。共價修飾則是通過氧化石墨烯表面的官能團與其他化合物的化學反應，來有效控制石墨烯復合材料的物理和化學性質。

一般來說，為了獲得性能良好的石墨烯/環氧樹脂復合材料，石墨烯的共價修飾被廣泛用來改善其表面性能，石墨烯的共價修飾可有效地將界面應力從環氧樹脂基體轉移到石墨烯薄片。近些年來，對氧化石墨烯表面改性已有大量研究，但是由于石墨烯表面接枝鏈的活性基團數量有限，對石墨烯/環氧樹脂復合材料性能提高仍然有限，而且成本高，效率低。因此，目前急需一種高效的石墨烯的表面改性技術，在石墨烯表面形成更多的活性點，來提高石墨烯在環氧樹脂中的分散性及界面結合性能，從而提高復合材料的力學性能，擴大其應用范圍。胺類樹枝狀大分子由于具有高度支化的空間穩定性結構和大量胺基基團而受到廣泛關注，它不僅可提供能與氧化石墨烯和環氧樹脂反應的大量活性位點，而且胺基對環氧樹脂固化起到協同促進作用。因此可成為氧化石墨烯高效功能化的備選材料。成本較低的三聚氯氰，具有穩定的化學特性和大量的氯原子活性基團，其可作為樹枝狀分子的樹干。二乙烯三胺，含有大量的含有伯胺和仲胺，可作為樹枝狀分子的分支。

發明內容

本發明為了解決現有的石墨烯在環氧樹脂中存在聚集嚴重導致的分散性差，以及石墨烯/環氧樹脂復合材料的界面結合較弱的問題，提出一種三嗪衍生物化學修飾氧化石墨烯的方法及應用。

本發明氧化石墨烯表面化學修飾的方法按以下步驟進行：

步驟一、制備氧化石墨烯：

①、將石墨、硝酸鈉和濃硫酸加入到三口燒瓶中，將三口燒瓶置于在0℃～5℃的冰水浴中并在攪拌速度為300r/min～400r/min下攪拌反應30min～40min，得到反應液Ⅰ；

步驟一①中所述的濃硫酸的質量分數為96％～98％；

步驟一①中所述的石墨的質量與濃硫酸的體積比為(6g～8g):(360mL～500mL)；

步驟一①中所述的硝酸鈉的質量與濃硫酸的體積比為(2g～4g):(360mL～500mL)；

②、向反應液Ⅰ中加入高錳酸鉀，再將三口燒瓶置于在0℃～5℃的冰水浴中在攪拌速度為300r/min～400r/min下攪拌反應2h～3h，得到反應液Ⅱ；

步驟一②中所述的高錳酸鉀與步驟一①中所述的石墨的質量比為(20～25):(6～8)；

③、將反應液Ⅱ的溫度升溫至35℃～40℃，并在溫度為35℃～40℃下反應17h～19h，再加入蒸餾水，得到反應液Ⅲ；

步驟一③中所述的蒸餾水的體積與步驟一①中所述的石墨的質量比為(400mL～600mL):(6g～8g)；