利用苝酐非共价修饰石墨烯制备环氧基复合材料的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术方法操作简单，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。

The use of perylene method of non covalent modification of graphene prepared epoxy composites

The invention discloses a method for using perylene non covalent modification of graphene prepared epoxy composites. Add 0.02 grams of graphene to 80 ml of N methylpyrrolidone, ultrasonic 0.5~1h, then add 0.0037 grams, 0.0392 grams of zinc acetate 3,4,9,10 perylene anhydride and four formic acid two 0.0242 grams of three hydroxymethyl amino methane, to ultrasonic 0.5~1h, then in a nitrogen atmosphere at the temperature of 180 10~14h reaction, the reaction to be after the end of the reaction liquid into the precipitated material, anhydrous ethanol filtration, the filter material prepared by vacuum drying, perylene non covalent modification of graphene, and then prepared the perylene non covalent modification of Shi Moxi added to the epoxy resin curing system, the curing reaction process of epoxy matrix composite prepared material. The method of the invention has the advantages of simple operation, easy popularization, and the epoxy composite material to make full use of the perylene and co graphene performance enhancement, the performance of epoxy composite toughness, heat resistance and mechanical make has been significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
利用苝酐非共价修饰石墨烯制备环氧基复合材料的方法
本专利技术属于高分子材料改性
，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。
技术介绍
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。本专利技术以苝酐为主要原料，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。本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术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1h，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0.5h，最后升温到140℃固化2h，160℃固化2h，180℃固化2h，即制得环氧基复合材料。本专利技术操作简单，尤其是苝酐非共价修饰石墨烯的制备过程非常简单，易于大规模推广应用，且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。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的纯环氧树脂和实施例2制备的环氧基复合材料的冲击断面SEM照片。其中（a）和（b）为纯环氧树脂，（c）和（d）为利用苝酐非共价修饰石墨烯制备的环氧基复合材料。图2为本专利技术实施例4制备的环氧基复合材料的冲击断面SEM照片。具体实施方式实施例1：(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45min，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45min，然后在氮气氛下于180℃反应12h，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1h，制得苝酐非共价修饰石墨烯丙酮分散液。(3)称取26克环氧E-44，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0.5h，最后升温到140℃固化2h，160℃固化2h，180℃固化2h，即制得环氧基复合材料。上述苝酐非共价修饰石墨烯的用量占环氧树脂用量的质量百分比为0wt%（纯环氧）或0.5wt%。对本实施例制得的纯环氧树脂材料和环氧基复合材料进行性能表征，结果显示，随着苝酐非共价修饰石墨烯的加入，环氧树脂复合材料的韧性得到改善，力学性能大幅增强，热稳定性也得到明显提高。例如，环氧树脂基复合材料的Tg为183℃，相比纯环氧树脂提高了25℃，初始分解温度为372℃，相比于纯环氧树脂提高了34℃，冲击强度和拉伸强度分别为41.53KJ/m3和96.00MPa，相对于纯环氧树脂分别提高了137%和34.2%，弯曲模量和弯曲强度分别为114.8MPa和2825MPa，相对于纯环氧树脂分别提高了44.4%和53.5%。实施例2：(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45min，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45min，然后在氮气氛下于180℃反应12h，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0.26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1h，制得苝酐非共价修饰石墨烯丙酮分散液。(3)称取26克环氧E-44，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0.5h，最后升温到140℃固化2h，160℃固化2h，180℃固化2h，即制得环氧基复合材料。对本实施例制得的环氧基复合材料进行性能表征，结果显示，环氧树脂基复合材料的Tg为182℃，相比纯环氧树脂提高了24℃，初始分解温度为366℃，相比于纯环氧树脂提高了28℃，冲击强度和拉伸强度分别为48.19KJ/m3和100.45MPa，相对于纯环氧树脂分别提高了175%和40.5%，弯曲模量和弯曲强度分别为118.8MPa和2970MPa，相对于纯环氧树脂分别提高了49.4%和61.4%。另外，从图1的冲击断面SEM照片可以看出，纯环氧树脂的冲击断面非常平整，类似于河流状，同时，断裂扩展方向和应力的方向完全一致，断裂过程中受到的阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于具体步骤为：(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。...

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于具体步骤为：(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...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐旭，赵良传，李裕琪，高建，陆绍荣，韦春，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：广西,45