[发明专利]利用苝酐非共价修饰石墨烯制备环氧基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种利用苝酐非共价修饰石墨烯制备环氧基复合材料的方法。将0.02克石墨烯加入到80毫升N‑甲基吡咯烷酮中，超声分散0.5~1h，再加入0.0037克醋酸锌、0.0392克3,4,9,10‑苝四甲酸二酐和0.0242克三羟甲基氨基甲烷，继续超声分散0.5~1h，然后在氮气氛下于180℃反应10~14h，待反应结束后，将反应液倒入无水乙醇中沉析出料，过滤，所得滤出物经真空干燥，制得苝酐非共价修饰石墨烯，然后将制得的苝酐非共价修饰石墨烯加入到环氧树脂固化体系中，经固化反应，制得制得环氧基复合材料。本发明方法操作简单，易于推广，且所制得的环氧基复合材料充分利用了苝酐和石墨烯性能上的协同增强效应，使制得的环氧基复合材料的韧性、耐热性及机械性能得到大幅提升。

技术领域

本发明属于高分子材料改性技术领域，特别涉及一种利用苝酐非共价修饰石墨烯制备环氧基复合材料的方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子紧密堆积成的单层二维蜂窝状晶格结构的一种炭质新材料，具有超大的比表面积、π-π共轭结构，作为理想的二维晶体材料，石墨烯表现出诸多优异的性能，其化学性质稳定、力学强度高、电学和热学性质优良等。石墨烯这些独特的性能，使其在传感设备、复合材料、能量存储设备、电子设备等领域有着广阔的应用前景。研究发现，其杨氏模量为1100GPa，断裂强度达到130GPa，远远高于钢铁的强度，被认为是目前世界上最薄、最硬的纳米材料。但由于石墨烯比表面积大，容易发生堆叠，所以在聚合物基体中石墨烯分散性能较差。通过对石墨烯进行表面修饰和功能化，提高石墨烯的可控性，增强石墨烯纳米片与聚合物基体之间的相互作用，进一步扩展石墨烯的应用范围。

环氧树脂是典型的热固性聚合物，具有良好的电绝缘性、化学稳定性、优异的粘接性和力学稳定性，在耐腐蚀涂料、电气绝缘材料和结构粘接材料等方面得到应用。但环氧树脂固化后形成交联的三维网络结构，内应力大、阻止裂纹扩展能力差和耐冲击性较差等缺点，从而难以满足工业生产的要求，故改性环氧树脂成为研究的热点。

苝酐由于具有刚性较强的苝环结构，所以具有良好的耐热、耐日晒、耐化学稳定性，用其对石墨烯进行表面修饰改性，可以拓宽石墨烯的应用领域，例如用作填料来制备环氧基复合材料，提高复合材料的韧性、耐热性及机械性能。

本发明以苝酐为主要原料，采用简单的工艺对石墨烯进行非共价修饰，制得苝酐非共价修饰石墨烯，接着用于制备环氧树脂基复合材料。本发明正是充分利用了苝酐和石墨烯性能上的协同效应，制备高性能环氧基复合材料，同时拓宽苝酐和石墨烯的应用领域。本思路未见文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用苝酐非共价修饰石墨烯制备环氧基复合材料的方法。

具体步骤为：

(1)将0.02克石墨烯加入到80毫升N-甲基吡咯烷酮中，超声分散0.5~1h，再加入0.0037克醋酸锌、0.0392克3,4,9,10-苝四甲酸二酐和0.0242克三羟甲基氨基甲烷，继续超声分散0.5~1h，然后在氮气氛下于180℃反应10~14h，待反应结束后，将反应液倒入无水乙醇中沉析出料，过滤，所得滤出物经真空干燥，得到紫黑色产物，即为苝酐非共价修饰石墨烯。

(2)称取0.13~1.04克步骤(1)制得的苝酐非共价修饰石墨烯加入丙酮中超声分散1 h，制得苝酐非共价修饰石墨烯丙酮分散液。

(3)称取26克环氧树脂，在减压和加热条件下去除其中的水分和空气，然后将步骤(2)制备的苝酐非共价修饰石墨烯丙酮分散液倒入其中，在加热搅拌下抽除其中的丙酮；然后加入8克DDS固化剂，加热搅拌使DDS固化剂溶解并且混合均匀，制得混合物料。

(4)将步骤(3)制得的混合物料倒入于80℃下预热的不锈钢模具中，把模具放入真空烘箱中，在120℃下脱气0.5 h，最后升温到140℃固化2 h，160℃固化2 h，180℃固化2 h，即制得环氧基复合材料。