[发明专利]一种功能化氧化石墨烯/全生物基苯并噁嗪树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及属于复合材料技术领域，涉及一种功能化氧化石墨烯/全生物基苯并噁嗪树脂复合材料及其制备方法，更具体地，涉及用腰果酚和漆酚合成两种低粘度的全生物基苯并噁嗪单体(CFa和UFa)，并和KH570功能化氧化石墨烯复合得到的功能化氧化石墨烯/苯并噁嗪树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

苯并噁嗪树脂作为一种新型高性能的聚合物，具有体积零收缩、固化后无副产品、热稳定性高、玻璃化转变温度高、表面能低、吸水率低等特点，已在航空航天、电子和环境领域得到了广泛的运用。一般来说，苯并噁嗪是由酚类中间体、胺类中间体和甲醛通过曼尼希反应制备的。因此可以基于不同种类的酚类和胺类设计出不同性能的苯并噁嗪树脂。许多种类的苯并噁嗪单体已通过传统技术发展到可以满足一些关键性能标准，例如优良的力学性能、阻燃性能和可接受范围类的加工特性等。

然而，目前用于合成苯并嗯嗪的原料多为石油基非可再生资源，或者是由石油及其衍生物芳香族双酚或二胺制备的，由于原材料分子是刚性的，在室温下为固体或者具有较高的粘度，因此给工业生产和进一步加工带来了诸多不便，这在很大程度上限制了它们的应用。因此，低粘度以及具有良好的热力学性能的苯并噁嗪的开发是一项很有吸引力的课题。另一方面，从可再生资源中制备生物基苯并噁嗪树脂在经济上和生态上都具有重要意义，解决低粘度全生物基苯并噁嗪和力学性能优异的绿色生物基复合材料的制备问题，不仅可以减少对石油基及其衍生物原料的依赖性，还将极大地推进绿色环保、高性能生物基复合材料的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种低粘度全生物基苯并噁嗪及其制备方法，并基于该低粘度全生物基苯并噁嗪制备得到力学性能优异的绿色生物基复合材料。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种低粘度全生物基苯并噁嗪，其由生物基酚类单体、糠胺与多聚甲醛在不添加溶剂的条件下聚合反应得到，其中所述生物基酚类单体为腰果酚或漆酚。

优选的是，所述生物基酚类单体、糠胺与多聚甲醛摩尔比为1-1.2：1-1.2：0.1-0.2。

按上述方案，所述多聚甲醛数均分子量为300-600。

本发明还提供上述低粘度全生物基苯并噁嗪的制备方法，具体步骤如下：将生物基酚类单体、糠胺与多聚甲醛按比例混合均匀，升温至110-120℃反应2-3h，反应完后将反应产物溶于氯仿，将得到的溶液过滤，用氢氧化钠溶液萃取，并将萃取所得下层液用蒸馏水清洗至中性，随后减压蒸馏除去溶剂，所得产物采用柱层析纯化得到低粘度全生物基苯并噁嗪。

本发明还包括根据上述低粘度全生物基苯并噁嗪固化得到的聚苯并噁嗪树脂，所述固化方法为：依次于140℃、160℃、180℃、200℃、220℃分别固化1h。

本发明还包括基于上述低粘度全生物基苯并噁嗪与功能化氧化石墨烯复合得到的功能化氧化石墨烯/全生物基苯并噁嗪树脂复合材料。

上述功能化氧化石墨烯/全生物基苯并噁嗪树脂复合材料的制备方法，具体步骤如下：

1)氧化石墨烯(GO)的制备：用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO)；

2)功能化氧化石墨烯(KGO)的制备：将步骤1)所得氧化石墨烯加入无水乙醇中，超声分散均匀得到浓度为0.5-1.5mg/mL的石墨烯分散液，调节石墨烯分散液pH值至3-4，然后在搅拌条件下加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)，加热至60-65℃反应20-25h，反应结束后分别用无水乙醇和去离子水对所得反应液进行离心洗涤，然后超声分散于去离子水中得到KH570功能化氧化石墨烯(KGO)分散液，最后将KH570功能化氧化石墨烯分散液真空干燥得到KH570功能化氧化石墨烯(KGO)；

3)低粘度全生物基苯并噁嗪的制备：将生物基酚类单体、糠胺与多聚甲醛按比例混合均匀，升温至110-120℃反应2-3h，反应完后将反应产物溶于氯仿，将得到的溶液过滤，用氢氧化钠溶液萃取，并将萃取所得下层液用蒸馏水清洗至中性，随后减压蒸馏除去溶剂，所得产物采用柱层析纯化得到低粘度全生物基苯并噁嗪；

4)功能化氧化石墨烯/全生物基苯并噁嗪树脂复合材料的制备：将步骤2)制备的KH570功能化氧化石墨烯与步骤3)制备的低粘度全生物基苯并噁嗪按质量比0.1-0.5：100混合均匀，并超声分散得到混合溶液，然后将所得混合溶液真空干燥、固化得到功能化氧化石墨烯/全生物基苯并噁嗪树脂复合材料。