[發明專利]一種有機-無機雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法

在審

• 申請號: 202110629002.7
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113338028A
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 武清;白換換;趙如意;朱建鋒
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: D06M11/46
• 分類號: D06M11/46;D06M11/74;D06M13/44;D06M13/325;D06M11/64;C08L63/00;C08K9/02;C08K9/04;C08K7/06;C08J5/06;D06M101/40
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 張震國

1.一種有機-無機雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)二氧化鋯硬核的制備

以質量分數計，將1～10份八水氧氯化鋯、1～10份無水乙醇和5～70份水混合并攪拌至澄清，轉移至水熱釜中，在100～150℃保溫反應12～24h，反應完成后離心并在50～80℃下干燥；將干燥后的產物加入到硅烷偶聯劑、無水乙醇和水的混合溶液中，干燥后的產物、硅烷偶聯劑、無水乙醇和水的質量比為1:10～20:10～30:1-5，在60～80℃反應1～5h，后經過離心、乙醇和去離子水清洗后，以60～100℃烘干得到二氧化鋯硬核；

2)二氧化鋯@氧化石墨烯的制備

按0.01:10～20的質量比將二氧化鋯硬核和無水乙醇混合均勻后加入到質量比為0.01:30～50的氧化石墨烯和無水乙醇分散液中，在0～10℃攪拌4～8h后靜置，收集沉淀物，并用去離子水清洗干凈后冷凍干燥得到由二氧化鋯硬核和氧化石墨烯內殼層組成的二氧化鋯@氧化石墨烯；

3)二氧化鋯@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺的制備

以質量分數計，將0.1～0.5份二氧化鋯@氧化石墨烯、40～200份四氫呋喃、0.5～2.5份六氯三聚磷腈混合均勻并通氮氣保護在40～60℃反應15min，后加入0.5～2.5份三乙基胺，繼續在氮氣保護下40～60℃反應5～10h，反應結束后將產物分別用四氫呋喃和氯仿清洗干凈后在40～60℃干燥；

以質量分數計，將0.1～0.5份干燥后的產物加入到由0.2～1.5份六氯三聚磷腈、1～2份二氨基二苯醚和40～200份四氫呋喃的混合溶液中，在氮氣保護下40～60℃反應15min，后加入0.5～2.5份三乙基胺，繼續在氮氣保護下40～60℃反應5～10h，反應結束后將產物分別用去離子水和二甲基甲酰胺清洗干凈并在40～60℃干燥，得到由二氧化鋯硬核、氧化石墨烯內殼層和六氯三聚磷腈-三乙基胺外殼層三部分組成的二氧化鋯@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺

4)碳纖維表面預處理

以丙酮為溶劑，采用索氏萃取法將碳纖維在70～80℃冷凝回流24～48h后干燥；再將干燥后的纖維在濃硝酸中60～100℃氧化反應2～6h，產物用去離子水清洗直至pH為7，在60～80℃下干燥得到氧化的碳纖維；

5)核殼粒子改性碳纖維的制備

以質量分數計，將0.05～0.3份二氧化鋯@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺、1-3份三乙基胺和40～270份四氫呋喃混合均勻后，向其中加入0.2～1份氧化的碳纖維，40～60℃下回流反應8-16h，反應完成后用四氫呋喃清洗并在60～80℃下真空干燥4-8h，得到核殼粒子改性碳纖維。

2.根據權利要求1所述的一種有機-無機雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟1)的硅烷偶聯劑為3-氨丙基三甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-脲基丙基三乙氧基硅烷或3-[2-(2-氨基乙基氨基)乙基氨基]丙基-三甲氧基硅烷。

3.根據權利要求1所述的一種有機-無機雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟1)的離心轉速在3000-8000r/min。

4.根據權利要求1所述的一種有機-無機雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟1)制備的二氧化鋯粒徑為150～300nm。

5.根據權利要求1所述的一種有機-無機雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟2)的氧化石墨烯的平均尺寸為0.1～30μm。

6.根據權利要求1所述的一種有機-無機雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟2)制備的二氧化鋯@氧化石墨烯粒徑為155～350nm。

7.根據權利要求1所述的一種有機-無機雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟3)制備的二氧化鋯@氧化石墨烯@六氯三聚磷腈-三乙基胺粒徑為170～500nm。

8.根據權利要求1所述的一種有機-無機雜化三層核殼粒子改性碳纖維的制備方法，其特征在于：所述步驟4)的碳纖維為聚丙烯腈基碳纖維或瀝青基碳纖維長碳纖維。