[发明专利]一种改善石墨烯在环氧树脂中分散性及界面相容性的方法

说明书

一种改善石墨烯在环氧树脂中分散性及界面相容性的方法，将氧化石墨烯和歧化松香提纯产物脱氢枞酸按任意比通过搅拌、超声分散溶解于两者的共溶剂中，然后将氧化石墨烯/脱氢枞酸溶液通过蒸发去除共溶剂，得到氧化石墨烯/脱氢枞酸粉末；将氧化石墨烯/脱氢枞酸粉末置于氧化石墨烯的还原剂中进行反应，得到石墨烯/脱氢枞酸粉末；将石墨烯/脱氢枞酸粉末与多元胺进行反应得到石墨烯/松香基多元胺；将石墨烯/松香基多元胺与环氧树脂进行混合固化，得到具有均匀分散的石墨烯/环氧树脂复合材料。本发明设计方法新颖、制备过程无需使用表面活性剂、石墨烯分散于环氧树脂过程中无需使用溶剂，此方法易于操作、适合大规模生产。

技术领域

本发明涉及环氧树脂固化剂以及环氧树脂复合材料领域，具体涉及一种改善石墨烯在环氧树脂中分散性及界面相容性的方法。

背景技术

随着电子产品逐渐向小型化、便携化、高灵敏、高可靠性能发展，传统的Pb/Sn焊料因其高温焊接导致材料变形、产生内应力及造成环境严重污染等问题，已不能满足发展要求。环氧树脂导电复合材料具有分辨率高、环保性能好及加工工序简单、适合大规模生产等优点，可满足电子产品发展要求，符合可持续发展要求，是高污染Pb/Sn焊料的理想替代品，现已广泛地应用于半导体器件、集成电路、消费电子、汽车、军事、航空等各个封装领域。然而目前环氧树脂导电胶导电逾渗阈值过高，需填充较多银、铜等传统导电填料来达到预期的电导率，不仅增加了导电复合材料制备成本而且大幅降低了导电复合材料的加工性能和固化产物力学性能，限制了其在微电子行业中的应用。

石墨烯，自2004年Novoselov等发现以来，因其具有优异的电学性能(电阻率约为10^-6Ω·cm，远低于铜或银，为目前世上电阻率最小的材料)和极大的比表面积(理论值为2600m²/g)，应用到环氧树脂中去可制备出具有低导电逾渗阈值的环氧树脂导电复合材料。然而，石墨烯片层之间的范德华作用力、π-π相互作用力等互相吸引作用和石墨烯表面的化学惰性使得石墨烯容易发生团聚很难均匀分散在环氧树脂基体中，严重削弱了石墨烯/环氧树脂复合材料的导电性能。因此，在石墨烯/环氧树脂导电复合材料的研制过程中，一个难以回避的技术瓶颈就是石墨烯的分散问题。目前主要的方法是通过对石墨烯表面共价键化学修饰改性使石墨烯均匀分散在环氧树脂中。但是这种方法会破坏石墨烯的晶体结构，极大影响石墨烯导电、导热等本征性能，难以制备出高性能的石墨烯/环氧树脂导电复合材料。石墨烯表面非共价键修饰改性对石墨烯的固有结构没有破坏作用，所以石墨烯的结构和性质可以最大程度地得到保持。Cao等利用没食子酸基环氧树脂与石墨烯π-π相互作用、通过(超声功率为650W，超声时间为2h)和离心对石墨烯进行非共价键修饰，发现利用此方法可以使石墨烯很好地分散在环氧树脂基体中，从而制备出0.12vol％低导电逾渗阈值的环氧树脂导电复合材料(Cao L.J.,Liu X.Q.,Na H.N.,Wu Y.G.,Zheng W.G.,Zhu J.How abio-based epoxy monomer enhanced the properties of diglycidyl ether ofbisphenol A(DGEBA)/graphene composites.Journal of Materials Chemistry A.2013,1(16):5081-5088)。然而，该技术方案高超声功率和过长超声时间会损失石墨烯比表面积，进而损害了石墨烯/环氧树脂复合材料导电、导热等性能；离心过程会损失大量石墨烯，生产成本较高；石墨烯分散于环氧树脂基体过程需要借助于有机溶剂，而有机溶剂的存在会有损环氧树脂固化产物的力学性能。

发明内容

解决的技术问题：本发明提供一种改善石墨烯在环氧树脂中分散性及界面相容性的方法，解决了石墨烯在环氧树脂基体中的分散性差和石墨烯与环氧树脂界面相容性差的问题，为制备高性能、多功能环氧树脂复合材料提供了一种通用、有效的方法。本发明技术方案新颖、制备过程无需使用表面活性剂、石墨烯分散于环氧树脂过程中无需使用溶剂，此方法易于操作、适合大规模生产。

技术方案：一种改善石墨烯在环氧树脂中分散性及界面相容性的方法，步骤为：