一种改性氧化石墨烯及其制备方法技术

一种改性氧化石墨烯及其制备方法，由以下重量配比的原料制得，氧化石墨烯10、多元胺10‑50、由多异氰酸酯与单异氰酸酯组成的混合物20‑200、溶剂500‑2000；将氧化石墨烯溶解分散在溶剂中，制得分散液，向分散液中加入多元胺，加完后将温度升高至90℃～120℃，对氧化石墨烯进行还原改性，反应4h～48h后，将温度调整至50℃～100℃，加入多异氰酸酯与单异氰酸酯的混合物，反应4h～48h，制得改性分散液。本发明专利技术利用胺基还原氧化石墨烯的原理，多元胺在溶剂中对氧化石墨烯进行改性和还原；加入多异氰酸酯与单异氰酸酯的混合物，对胺基进行封端，消除胺基对于氨纶扩链的影响，并进一步增加片层层间距，大幅减少石墨烯片层之间的交联。

【技术实现步骤摘要】
一种改性氧化石墨烯及其制备方法
本专利技术属于纺织
，涉及一种改性氧化石墨烯及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是碳原子在二维空间紧密排列成的苯环状结构材料，它是继零维足球烯、一维碳纳米管及三维石墨和金刚石外一种新的碳的同素异形体，具有优异的电学、磁学、热学及力学性能。在纤维领域，石墨烯常用于对纤维的改性，扩展纤维的功能，例如抗菌性、远红外功能、导电性等。但石墨烯在应用过程中存在一些问题，例如石墨烯由含稳定键的苯六元环组成，化学稳定性高，表面呈惰性状态，与其他介质相互作用弱，且石墨烯各片层间存在很强的分子间作用力，导致片层极易堆叠在一起而难以分散开来，很难溶解于溶剂中，更难与其他聚合物基体复合，在聚合物基体中容易团聚。虽然石墨烯主体由稳定的苯六元环构成，其表面成惰性，但是氧化石墨烯(GO)含有大量的羟基、羧基和环氧基等活性含氧官能团，可以利用这些官能团与其他分子之间的化学反应对其进行改性。根据表面化学成键方式的不同，石墨烯的功能化可以分为非共价键功能化和共价键功能化。非共价键功能化是指石墨烯通过与功能化分子间的π-π相互作用、氢键或静电相互作用等实现其功能化的方法。共价改性是由于氧化石墨烯含有大量的羟基、羧基和环氧基等活性含氧官能团，可以利用这些官能团与其他分子之间的化学反应对其进行共价改性，例如羧基可以进行酯化反应、酰胺化等反应，氧化石墨烯含有的环氧基团可以进行开环反应进行还原。现相关文献表明利用胺基可以有效改性氧化石墨烯在溶剂中的分散性，如，沈丽英分别以正丁胺、乙二胺、水合肼在DMF或去离子水中对氧化石墨烯进行化学还原，发现正丁胺的对GO的还原不甚明显；通过红外、XPS、拉曼分析发现乙二胺和水合肼均对氧化石墨烯有明显的还原效果，但从热重、XRD、电导率表征发现乙二胺对氧化石墨烯的还原效果略逊于水合册；同时表明乙二胺在对氧化石墨烯进行化学还原的同时也起到了一定的化学修饰作用。闫家林等人将氧化石墨烯分散在DMF中，加入一定量的乙二胺或己二胺进行反应，再加入偶联剂(HA-TU)继续反应可有效改性氧化石墨烯，XRD测试表明氧化石墨烯片层间距由0.937nm增加至1.223nm。马慧玲分别利用葡萄糖、乙二胺和对苯二胺作为还原剂将氧化石墨还原和表面功能化修饰用作吸附剂等用途；利用乙醇胺功能化石墨烯，也有在此基础上添加水合肼进行还原；SandipNiyogi等人利用酰化反应将十八烷基胺(ODA)键合到氧化石墨烯上，增强氧化石墨烯在四氢呋喃、四氯化碳等溶剂中的分散性。但是对于氨纶而言，在聚合过程中扩链胺、终止胺的胺基数量及添加过程需要精确控制，以上胺基改性方案中改性液的多元胺和单胺的胺基数量无法精确量化，这为后续原位聚合带来较大的难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种设计合理，可直接与现有成熟聚合工艺结合的改性氧化石墨烯。本专利技术所要解决的另一技术问题是针对现有技术的不足，提供一种适用于工业级氧化石墨烯的改性氧化石墨烯的制备方法。本专利技术所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本专利技术是一种改性氧化石墨烯，其特点是，由以下重量配比的原料制得，氧化石墨烯10、多元胺10-50、由多异氰酸酯与单异氰酸酯组成的混合物20-200、溶剂500-2000，其中，多异氰酸酯中的异氰酸酯与单异氰酸酯中的异氰酸酯的摩尔比为0.5～4.8，异氰酸酯混合物中的-NCO基团与多元胺中的-NH2基团的摩尔比为1～1.25。优选地，所述的多元胺选用乙二胺、丙二胺、戊二胺、二乙烯三胺中的一种或几种，优选乙二胺。优选地，所述的多异氰酸酯选用4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、1,3-苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种，优选4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯。优选地，所述的单异氰酸酯选用苯基异氰酸酯、对甲苯异氰酸酯、间甲苯异氰酸酯、异氰酸乙酯、异氰酸异丙酯、环己基异氰酸酯、4-氰基苯异氰酸酯中的一种或几种，优选对甲苯异氰酸酯。优选地，所述的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺或N,N-二甲基甲酰胺。本专利技术所要解决的另一技术问题是通过以下的技术方案来实现的，本专利技术是一种上述改性氧化石墨烯的制备方法，其特点是，该方法为，将氧化石墨烯溶解分散在溶剂中，制得分散液，向分散液中加入多元胺，加完后将温度升高至90℃～120℃，对氧化石墨烯进行还原改性反应，反应4h～48h后，将温度调整至50℃～100℃，加入多异氰酸酯与单异氰酸酯的混合物，反应4h～48h后，将产物用丙酮洗涤、离心、烘干至恒重，得到改性氧化石墨烯。与现有技术相比，本专利技术利用胺基还原氧化石墨烯的原理，多元胺在溶剂中对氧化石墨烯进行改性和还原，此时改性液中存在多余的胺基且单胺、多胺的数量不可控，无法直接用于聚合扩链；加入多异氰酸酯与单异氰酸酯的混合物，单异氰酸酯的异氰酸酯集团与氧化石墨烯上的胺基、羟基反应，即对胺基进行封端，消除胺基对于氨纶扩链的影响，并进一步增加片层层间距；而多异氰酸酯分子链上含有两个及以上的异氰酸酯端基，其一端异氰酸酯基团(-NCO)与氧化石墨烯上的胺基、羟基发生反应，未反应的NCO基团保留反应活性。使用多异氰酸酯与单异氰酸酯的混合物能够大幅减少多异氰酸酯引起石墨烯片层之间的交联。附图说明图1是未改性氧化石墨烯的衍射图谱；图2是本专利技术对比例1所述的胺基改性氧化石墨烯的衍射图谱；图3是本专利技术对比例2所述的异氰酸酯改性氧化石墨烯的衍射图谱；图4是本专利技术实施例8所述的胺基加异氰酸酯改性氧化石墨烯的衍射图谱。具体实施方式以下参照附图，进一步描述本专利技术的具体技术方案，以使本
的技术人员进一步地理解本专利技术，而不构成对本专利技术权利的限制。实施例1，一种改性氧化石墨烯，由以下重量配比的原料制得，氧化石墨烯10、多元胺10、由多异氰酸酯与单异氰酸酯组成的混合物20、溶剂1000，其中，多异氰酸酯中的异氰酸酯与单异氰酸酯中的异氰酸酯的摩尔比为0.5，异氰酸酯混合物中的-NCO基团与多元胺中的-NH2基团的摩尔比为1；所述的多元胺选用乙二胺、丙二胺、戊二胺、二乙烯三胺中的一种或几种；所述的多异氰酸酯选用4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯，甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、1,3-苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种；所述的单异氰酸酯选用苯基异氰酸酯、对甲苯异氰酸酯、间甲苯异氰酸酯、异氰酸乙酯、异氰酸异丙酯、环己基异氰酸酯、4-氰基苯异氰酸酯中的一种或几种；所述的溶剂为N,N-二甲基乙酰胺或N,N-二甲基甲酰胺；其制备方法为：将氧化石墨烯溶解分散在溶剂中，制得分散液，向分散液中加入多元胺，加完后将温度升高至90℃，对氧化石墨烯进行还原改性反应，反应4h后，将温度调整至50℃，加入多异氰酸酯与单异氰酸酯的混合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性氧化石墨烯，其特征在于：由以下重量配比的原料制得，氧化石墨烯10、多元胺10-50、由多异氰酸酯与单异氰酸酯组成的混合物20-200、溶剂500-2000，其中，多异氰酸酯中的异氰酸酯与单异氰酸酯中的异氰酸酯的摩尔比为0.5～4.8。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性氧化石墨烯，其特征在于：由以下重量配比的原料制得，氧化石墨烯10、多元胺10-50、由多异氰酸酯与单异氰酸酯组成的混合物20-200、溶剂500-2000，其中，多异氰酸酯中的异氰酸酯与单异氰酸酯中的异氰酸酯的摩尔比为0.5～4.8。


2.根据权利要求1所述的改性氧化石墨烯，其特征在于：所述的多元胺选用乙二胺、丙二胺、戊二胺、二乙烯三胺中的一种或几种。


3.根据权利要求2所述的改性氧化石墨烯，其特征在于：所述的多元胺优选乙二胺。


4.根据权利要求1所述的改性氧化石墨烯，其特征在于：所述的多异氰酸酯选用4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,4-苯二异氰酸酯、1,3-苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种；
所述的单异氰酸酯选用苯基异氰酸酯、对甲苯异氰酸酯、间甲苯异氰酸酯、异氰酸乙酯、异氰酸异丙酯、环己基异氰酸酯、4-氰基苯异氰酸酯中的一种或几种。


5.根据权利要求4所述的改性氧化石墨烯，其特征在于：所述的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建伟，孙振波，李春花，马娟娟，刘霖，蒋叶群，祁倩，万绍丽，高久林，周苏阳，
申请(专利权)人：连云港杜钟新奥神氨纶有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32