一种基于4-氨基苯乙烯改性的石墨烯复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种基于4

【技术实现步骤摘要】
一种基于4
‑
氨基苯乙烯改性的石墨烯复合材料


[0001]本专利技术属于复合材料
，具体地，涉及一种基于4
‑
氨基苯乙烯改性的石墨烯复合材料。

技术介绍

[0002]聚苯乙烯是由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物作为通用热塑性树脂之一，以其价格低廉、流动性强、化学性质稳定、高热阻等优点，在包装、建材、绝缘、生物和航空业等领域广泛应用于人民的生产与生活中。但聚苯乙烯质脆，不耐冲击，耐热性差，热变形温度低(一般在78
‑
98℃)，容易燃烧且烟量大，属于易燃材料，因此应用受到限制。因此，探求通过石墨烯等无机增强填料对聚苯乙烯进行改性，以制备符合应用要求的复合材料。
[0003]石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最优的纳米材料，作为一种典型的二维增强纳米材料，石墨烯的添加可以有效地提高聚合物的力学、电学、热学等性能，这些性能使以石墨烯为改性相的高分子复合材料在电子干扰屏蔽材料、弹性导体、光电设备、阻燃等领域表现出巨大的应用潜能。但受范德华力和化学情性的影响，石墨烯在聚合物基体内部极易发生团聚，且与基体的界面结合强度通常较低，这极大地限制了石墨烯对复合材料性能的增强。因此，提高石墨烯在复合材料基体中的分散性，改善界面结合强度是制备石墨烯复合材料的关键。此外，随着生活水平和环保意识的提高，病原微生物的污染在卫生保健产品、医疗器械、水、空气净化系统、食品包装等领域受到极大关注。研究和设计具有抗菌性能的复合材料成为当今材料领域的一大热点。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种基于4
‑
氨基苯乙烯改性的石墨烯复合材料。
[0005]本专利技术通过4
‑
氨基苯乙烯对氧化石墨烯进行表面改性，在表面引入双键，与功能性单体、苯乙烯聚合反应，而后再进行季铵化处理，获得复合材料；复合材料兼具较高的力学性能、阻隔性能和一定的抗菌性能，在光电设备、生物医疗、包装材料等领域具有巨大的应用潜能。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于4
‑
氨基苯乙烯改性的石墨烯复合材料，由如下步骤制成：
[0008]第一步、将氧化石墨烯放入烧瓶中，向烧瓶加入甲苯，开启磁力搅拌，搅拌12h后，继续于30℃超声处理12h，之后向其中滴加4
‑
氨基苯乙烯，加完后，继续于30℃超声处理4
‑
5h，抽滤，并用DMF洗涤3
‑
5次，置于60℃的真空干燥箱中烘干，得到改性氧化石墨烯，密封备用；氧化石墨烯、甲苯、4
‑
氨基苯乙烯的用量比为0.2mg:180mL:3.6mL；
[0009]氧化石墨烯的片层表面含有较多的环氧基、羟基和羧基基团，利用4
‑
氨基苯乙烯分子上的
‑
NH2与氧化石墨烯表面的
‑
COOH发生化学反应，使4
‑
氨基苯乙烯通过
‑
CO
‑
NH
‑
接枝
于氧化石墨烯表面，具体反应方程式如下所示：
[0010][0011]第二步、往烧瓶内依次加入改性氧化石墨烯、DMF、苯乙烯、功能性单体和五甲基二乙烯基三胺，抽真空、通氮气，反复操作3次(以保证烧瓶内为纯氮气氛围)，再加入CuCl，油浴加热升温至100
‑
110℃，在氮气保护下恒温反应48h，冰浴终止反应，过柱，将过柱后的溶液旋蒸浓缩，在50℃真空干燥箱中干燥12h，获得复合材料；改性氧化石墨烯、DMF、苯乙烯、功能性单体、五甲基二乙烯基三胺、CuCl的用量比为0.05g:100mL:50mL:0.02g:0.15mL:0.2g；
[0012]改性氧化石墨烯表面接枝有
‑
C＝C，在五甲基二乙烯基三胺和CuCl的作用下，改性氧化石墨烯、苯乙烯以及功能性单体发生聚合反应，获得高分子聚合物，即复合材料；
[0013]第三步、对上述复合材料进行季铵化改性处理，获得石墨烯复合材料。
[0014]进一步地，第二步中过柱的具体操作为：往反应液中加其一半体积的四氢呋喃进行稀释，用四氢呋喃润湿中性氧化铝并填入层析柱，将稀释后的反应液过层析柱，去除溶液中的铜离子。
[0015]氧化石墨烯经过4
‑
氨基苯乙烯改性处理后，在表面通过
‑
CO
‑
NH
‑
引入了苯环和
‑
C＝C，4
‑
氨基苯乙烯能够消耗氧化石墨烯表面部分含氧基团，改善氧化石墨烯的亲水性能以及团聚现象，另外，引入的
‑
C＝C使氧化石墨烯能够参与后续的聚合反应，使氧化石墨烯通过化学键与聚苯乙烯链接起来，显著改善界面性能，因此，使复合材料具备较高的力学性能；另外，由于石墨烯本身具备较高的散热性能，且具有较大的比表面积，均匀分散于复合材料中，能够促进形成三维导热网络结构，使复合材料具备较高的导热性能，此外，该三维导热网络结构还能够作为纳米阻隔墙，极大减少气体分子的渗透路径，限制气体分子的渗透，进而有效降低复合材料的气体渗透系数，提高复合材料的阻隔性能。
[0016]进一步地，功能性单体通过如下步骤制备：
[0017]在氮气保护和室温条件下，单支口瓶中加入羟甲基咪唑和NaOH水溶液(质量分数33％)搅拌3h，然后向体系中加入4
‑
氯甲基苯乙烯的甲苯溶液(浓度为2.12mol/L)，最后加入四丁基氢氧化铵，常温磁力搅拌下反应48h，后处理，制得功能性单体；羟甲基咪唑、NaOH水溶液、4
‑
氯甲基苯乙烯、四丁基氢氧化铵的用量之比为106mmol:25mL:25mL:10.6mmol。
[0018]进一步地，后处理方法为：先向反应液中加入乙醚溶剂萃取有机产物，然后水洗有机相至下层液无色，加入无水MgSO4过夜干燥，过滤后使用旋转蒸发器将溶剂旋干，获得产物。
[0019]在四丁基氢氧化铵作用下，羟甲基咪唑上
‑
OH与4
‑
氯甲基苯乙烯分子上的
‑
Cl发生取代反应，获得功能性单体，获得的功能性单体含有苯乙烯结构以及咪唑环，苯乙烯结构为后续聚合反应奠定反应位点，咪唑环后续季铵化反应奠定反应位点；该步骤反应过程如下：
过夜干燥，过滤后使用旋转蒸发器将溶剂旋干，制得功能性单体。
[0032]实施例2
[0033]制备功能性单体：
[0034]在氮气保护和室温条件下，单支口瓶中加入212mmol羟甲基咪唑和50mL的NaOH水溶液(质量分数33％)搅拌3h，然后向体系中加入50mL的4
‑
氯甲基苯乙烯的甲苯溶液(浓度为2.12mol/L)，最后加入21.2mmol四丁基氢氧化铵，常温磁力搅拌下反应48h，后处理，先向反应液中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于4
‑
氨基苯乙烯改性的石墨烯复合材料，其特征在于，由如下步骤制成：第一步、将氧化石墨烯放入烧瓶中，向烧瓶加入甲苯，开启磁力搅拌，搅拌12h后，继续于30℃超声处理12h，之后向其中滴加4
‑
氨基苯乙烯，加完后，继续于30℃超声处理4
‑
5h，抽滤，并用DMF洗涤3
‑
5次，置于60℃的真空干燥箱中烘干，得到改性氧化石墨烯，密封备用；第二步、往烧瓶内依次加入改性氧化石墨烯、DMF、苯乙烯、功能性单体和五甲基二乙烯基三胺，抽真空、通氮气，反复操作3次，再加入CuCl，油浴加热升温至100
‑
110℃，在氮气保护下恒温反应48h，冰浴终止反应，过柱，将过柱后的溶液旋蒸浓缩，在50℃真空干燥箱中干燥12h，获得复合材料；第三步、对上述复合材料进行季铵化处理，获得石墨烯复合材料。2.根据权利要求1所述的一种基于4
‑
氨基苯乙烯改性的石墨烯复合材料，其特征在于，第一步中氧化石墨烯、甲苯、4
‑
氨基苯乙烯的用量比为0.2mg:180mL:3.6mL。3.根据权利要求1所述的一种基于4
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氨基苯乙烯改性的石墨烯复合材料，其特征在于，第二步中过柱的具体操作为：往反应液中加其一半体积的四氢呋喃进行稀释，用四氢呋喃润湿中性氧化铝并填入层析柱，将稀释后的反应液过层析柱，去除溶液中的铜离子。4.根据权利要求1所述的一种基于4
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氨基苯乙烯改性的石墨烯复合材料，其特征在于，第二步中改性氧化石墨烯、DMF、苯乙烯、功能性单体、五甲基二乙烯基三胺、CuCl的用量比为0.05g:100mL:50mL:0.02g:0.15mL:0.2g。5.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛晓宇，高春华，陆春梅，
申请(专利权)人：安徽硕源医药技术研发有限公司，
类型：发明
国别省市：