[发明专利]一种改性氧化石墨烯的制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种改性氧化石墨烯的制备方法，属于建筑材料技术领域。改性氧化石墨烯的制备方法为：将硅烷偶联剂加入到无水乙醇和去离子水组成的混合溶剂中，在水浴条件下进行预水解，得到预水解溶液；将氧化石墨烯加入到预水解溶液中，超声分散均匀；将分散后的溶液在水浴条件下进行搅拌，搅拌结束后冷却、过滤，用乙醇水溶液清洗滤渣，得到改性氧化石墨烯。本发明中改性氧化石墨烯的制备方法简单，操作简单，制得的改性氧化石墨烯在水泥基材料中分散效果好，不会发生团聚，利用其制得的水泥基复合材料具有优良的力学性能和施工性能。

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种改性氧化石墨烯的制备方法及其应用。

背景技术

氧化石墨烯(GO)是石墨烯(GR)的一种衍生物，与GR相比，GO通过功能化的方法在GR上嫁接了大量的活性含氧基团，如羟基、羧基及环氧基等。这些官能团使GO可以从微纳米尺度上改善水泥水化产物性能、减少内部的微裂缝和孔隙、改善脆性、提高抗拉、抗压、抗折强度和耐久性。而且GO掺入到水泥中之后可以起到模板效应从而水泥水化产物向规则的花状晶体发展，总之GO的掺入可以提高水泥基材料的多种性能。但是GO在碱性环境下容易产生团聚，难以在溶液中均匀分散，这就会影响它在水泥基材料中的积极作用，甚至会对水泥基材料造成负面的影响。

基于GO表面存在的活性含氧基团及其可发生的各类化学反应，可以在GO片层上接枝多种物质，一方面发挥其优良特性，另一方面由于含氧官能团或物质的引入，也能赋予了GO新的功能及特性，这就为其改性提供了很好的前提。目前，实现GO表面改性的方法主要为共价键型和非共价键型改性，非共价键改性优势是在保证GO的本体结构和优良的性能的同时，提高相应性能，但是负面效应是整体结构不稳定、相互间作用力弱；而共价键改性主要是通过改性剂与GO表面的活性含氧基团发生相关化学反应生成共价键来实现，其主要通过各类化学反应将GO片层表面的活性含氧基团与改性剂以共价键的形式相连接，从而达到改性的目的，这种方法的缺点是氧化石墨烯因为引入了新的官能团可能会影响含氧官能团的还原过程，新引入的官能团也可能在还原过程中再次被影响甚至消失。

GO表面有大量的-OH基团，硅烷偶联剂能与氧化石墨烯的-OH基团发生缩合或酯化反应，因此可采用硅烷偶联剂对GO进行改性。王慧茹等人研究了KH550、KH560对GO的改性效果，发现经KH550改性后，GO片层分散变得较为均匀，且有明显的片层皱褶，而KH560改性后效果不明显。但是该改性方法中，KH550与GO混合时水解不完全，导致水解生成的硅醇变少，在改性过程中与GO表面官能团反应变少从而使GO表面枝接的有效官能团变少，这就会导致改性不能充分降低GO的层间作用力从而影响改性之后GO在水泥中的分散效果，并且该改性方法中采用HCl对将溶液的pH调节到了4～5，将溶液调成酸性之后会对KH550本身的水解造成影响。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种改性氧化石墨烯的制备方法，操作简单，制得的改性氧化石墨烯在水泥基材料中分散效果好。

技术方案

一种改性氧化石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅烷偶联剂加入到无水乙醇和去离子水组成的混合溶剂中，在水浴条件下进行预水解，得到预水解溶液；

(2)将氧化石墨烯加入到预水解溶液中，超声分散均匀；

(3)将步骤(2)分散后的溶液在水浴条件下进行搅拌，搅拌结束后冷却、过滤，用乙醇水溶液清洗滤渣，得到改性氧化石墨烯。

步骤(1)中，所述硅烷偶联剂为KH550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)或KH570(γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)；所述混合溶剂中，无水乙醇和去离子水的质量比为1:1。

进一步，步骤(1)中，所述预水解温度为30～40℃，时间为30～60min。

进一步，步骤(2)中，所述氧化石墨烯与硅烷偶联剂的质量比为1:2。