[发明专利]氯硅烷改性氧化石墨烯/二氧化硅保温复合材料制备方法

说明书

本发明属于建筑保温材料领域，公开了一种氯硅烷改性氧化石墨烯/二氧化硅气凝胶复合保温材料的制备方法，包括：氧化石墨烯溶液的制备；氯硅烷改性氧化石墨烯的制备；氯硅烷改性氧化石墨烯/硅源溶胶的制备；改性氧化石墨烯/二氧化硅凝胶的制备；改性氧化石墨烯/二氧化硅气凝胶的制备。本发明利用四氯硅烷与羟基之间的高反应活性对氧化石墨烯进行表面化学改性，得到的氯硅烷改性氧化石墨烯在硅源前驱体的醇/水混合溶液中具有良好的分散性。另外改性氧化石墨烯表面的氯硅烷可作为反应活性点使改性氧化石墨与硅源的水解产物之间形成强力的Si‑O‑Si化合键连接，保证氧化石墨烯与二氧化硅三维网络之间有足够交联点，起到有效力学增强作用。

技术领域

本发明属于建筑保温材料领域，尤其涉及一种氯硅烷改性氧化石墨烯/二氧化硅保温复合材料制备方法。

背景技术

二氧化硅气凝胶是具有纳米级多孔结构的新型固体材料。因其具有超低密度和极低的导热系数成为建筑行业中最具前景的新型高性能绝热材料。然而，超临界干燥的高昂的生产成本成为了限制气凝胶产业化的瓶颈。而采用成本低廉，工艺简单的常压干燥法制备的气凝胶会因其脆弱的力学性能而出现严重的收缩甚至开裂(体积收缩85-95％)。对二氧化硅气凝胶三维骨架进行有效增强是提高其抗收缩能力的重要途径。石墨烯是由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，因其具有优异的力学、电学、光学等性能而受到研究者乃至各国政府的高度关注。氧化石墨烯是通过氧化还原法制备石墨烯的中间产物，是石墨烯官能化的衍生物。在复合材料的研究领域中，由于氧化石墨烯同样具有高比强度，高比表面积和纳米效应等特点被广泛应用于复合材料的增强研究中。中国专利CN201310378526.9提出一种可吸附水中污染物的氧化石墨烯磁性介孔氧化硅复合材料的制备方法。此专利首先采用水热法，在180～210℃，反应8～72小时，制备出磁性颗粒。然后利用长链烷烃作为致孔剂，与正硅酸乙酯发生共聚，再通过热处理除去致孔剂，得到了表面带有羟基的磁性介孔氧化硅颗粒。最后，采用碳二亚胺活化氧化石墨烯，得到了氧化石墨烯磁性介孔氧化硅复合材料。中国专利CN104826582 A提出了一种石墨烯-介孔二氧化硅气凝胶的制备方法。此专利首先采用改进的Hummer’s法，以石墨为原料，制备氧化石墨，然后再将氧化石墨配成溶液同NaOH水溶液、硅源依次滴加到十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，反应1～12小时。室温陈华后加入还原剂，在70～100℃烘箱中反应1～10小时得到水凝胶，经过洗涤，并在-70～-90℃冷冻干燥机中干燥12-24小时，最后再去除模板剂十六烷基三甲基溴化铵，得到石墨烯-介孔二氧化硅气凝胶。中国专利CN 107032360 A提出了一种石墨烯/二氧化硅复合气凝胶材料的制备方法。此专利将氧化石墨烯与前驱体溶液混合，在50～80℃下进行凝胶化反应之后通过溶剂置换得到醇凝胶。再通过超临界干燥得到氧化石墨烯/二氧化硅气凝胶，最后再通过600～800℃高温处理，得到石墨烯/二氧化硅气凝胶。由以上方法可见，石墨烯在二氧化硅气凝胶中可以以包覆二氧化硅颗粒的形式与二氧化硅气凝胶复合，也可以通过模板法将石墨烯与二氧化硅气凝胶复合，也可以直接将氧化石墨烯与硅烷前驱体进行复合。但以上方法由于缺乏对石墨烯的表面功能化，导致石墨烯与气凝胶骨架结合力交差，不易达到石墨烯的良好分散。另外以上方法步骤繁琐，冷冻干燥成本较高周期长，超临界干燥不但成本高而且生产危险性也较高，并且有些制备的样品为粉体材料，存在回收困难的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：现在制备的二氧化硅气凝胶力学强度差、易开裂；制备成本高、操作危险性大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种氯硅烷改性氧化石墨烯/二氧化硅保温复合材料制备方法。

本发明是这样实现的，一种氯硅烷改性氧化石墨烯/二氧化硅气凝胶复合保温材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，制备氧化石墨烯溶液：将由改进的Hummer’s法制备的氧化石墨烯按0.1～1.0mg/mL的浓度超声分散至有机溶剂中，离心分离除去团聚的氧化石墨和杂质，得到均匀分散的氧化石墨烯溶液；