一种耐高温石墨烯薄膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种耐高温石墨烯薄膜材料及其制备方法和应用，该薄膜材料是由含噻吩基的苯并噁嗪与单层石墨烯混合组装后升温固化得到；所述含噻吩基的苯并噁嗪的结构式如下。本发明专利技术制备的含噻吩基苯并噁嗪/石墨烯薄膜体系中石墨烯与苯并噁嗪首先通过共轭作用自组装，然后再通过噻吩环上共轭双烯与石墨烯上的取代烯烃间的DA反应进一步结合，使薄膜材料的取向度提高，赋予了材料优异的导热性和韧性等特性，固化后得复合材料800℃下残炭率大于75%，具有优异的阻燃性，适合于制备高性能导热材料，可以用于新能源汽车的电子元件或者电池散热。散热。散热。散热。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温石墨烯薄膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于复合材料薄膜，具体涉及一种耐高温石墨烯薄膜材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚苯并噁嗪通常是通过杂环六元1,3
‑
苯并噁嗪单体的开环聚合制得。最常见的是由苯酚、伯胺和甲醛的Mannich缩合反应合成。由于其特殊的分子设计灵活性，各种原料都可用于合成苯并噁嗪，这种分子特性使苯并噁嗪树脂具有许多优异的性能，如无需添加催化剂即可聚合、优异的热稳定性和阻燃性、较高的机械性能、固化时体积近乎零收缩、低的表面自由能等。这些优点使苯并噁嗪树脂在新能源汽车、电子封装、航空航天、阻燃材料和涂料等领域具有广阔的应用前景。单官能团、双官能团、三官能团和四官能团苯并噁嗪的合成和表征已经被详细研究。通常来说，单官能团苯并噁嗪单体倾向于形成相对低分子量的线性聚合物，而双官能团的苯并噁嗪单体倾向于形成具有更稳定网络的交联大分子。
[0003]石墨烯是由sp2杂化的碳原子相互连接而成的单原子层，碳原子在石墨烯片层中呈二维的六方点格状排布，整体表现为柔软的片层结构。单层石墨烯是一种高透光、高导电的层状纳米材料，具有超高强度和超薄结构，适用于电子设备、电储能材料、轻质航空航天设备、新能源汽车电池、太阳能电池等。石墨烯由于其各种优异的性能，在改性高分子方面具有极其重要的地位。片层结构及强的力学性能对高分子起到增强增韧作用，提高其的力学性能；超高的平面导热、导电能够提升高分子材料相应的性能。此外，石墨烯的片层结构能够给复合材料的气体隔绝性能和电磁屏蔽作用带来提升。现有技术中一般采用纯化学还原石墨烯薄膜易碎，断裂时应变低，而采用传统复合材料的共混方法只能轻微提高复合材料的力学性能，并且复合材料中石墨烯含量较低，通常会大大降低复合材料的导热和导电性等性能。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种耐高温石墨烯薄膜材料，本专利技术耐高温石墨烯薄膜材料取向度高，具备优异的导热性和韧性等特性，适合于制备高性能导热材料，有效解决了目前石墨烯薄膜柔性差，石墨烯和树脂界面结合弱以及难以得到高导热系数等问题。
[0005]本专利技术还提供所述耐高温石墨烯薄膜材料的制备方法及其应用。
[0006]技术方案：为了实现上述目的，本专利技术所述一种耐高温石墨烯薄膜材料，由含噻吩基的苯并噁嗪与石墨烯形成，石墨烯与含噻吩基的苯并噁嗪的质量比为1:5
‑
3:1，所述含噻吩基的苯并噁嗪结构如下所示：
。
[0007]其中，所述石墨烯为单层石墨烯。
[0008]本专利技术所述的耐高温石墨烯薄膜材料的制备方法，包括如下步骤：（1）向N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺、2
‑
噻吩甲胺、多聚甲醛中加入有机溶剂，加热反应后将反应物过滤，将滤液洗涤后旋蒸烘干，得到固体产物，即为含噻吩基的苯并噁嗪；（2）将制得的含噻吩基的苯并噁嗪与石墨烯分散液混合搅拌，然后将混合液真空过滤自组装，最后升温固化得到目标产物耐高温石墨烯薄膜材料。
[0009]其中，步骤（1）中N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺、多聚甲醛、2
‑
噻吩甲胺的摩尔比为50
‑
55：250
‑
255：100
‑
120。
[0010]作为优选，所述N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺、多聚甲醛、2
‑
噻吩甲胺的摩尔比为52:253:115。
[0011]其中，步骤（1）中向N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺、间苯二甲酰氯、无水氯化锂加入有机溶剂，在冰浴下搅拌并反应，结束反应后，抽滤洗涤，最后真空干燥得到产物N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺。
[0012]其中，步骤（1）中所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯或二氧六环中的任意一种。
[0013]其中，步骤（1）中所述加热反应温度为80
‑
130℃，时间6
‑
10小时。
[0014]其中，步骤（2）中含噻吩基的苯并噁嗪与石墨烯分散液在室温下搅拌反应20
‑
25h。
[0015]其中，步骤（2）中石墨烯分散液通过N
‑
甲基吡咯烷酮稀释，稀释后超声20
‑
60 min；石墨烯与苯并噁嗪混合溶液在真空过滤前，超声5
‑
10 min。
[0016]作为优选，步骤（2）中的石墨烯分散液为单层石墨烯分散液，单层石墨烯分散液与苯并噁嗪混合前进行稀释，稀释比例为0.1
‑
1 mg/mL。
[0017]其中，步骤（2）中所述真空过滤自组装为在布氏砂芯漏斗中抽滤，将抽滤完成得到的薄膜在真空干燥箱中干燥。
[0018]其中，步骤（2）中所述升温固化的具体升温过程如下：依次升温至160
‑
170℃保温1
‑
2h、180
‑
190℃保温1
‑
2h、200
‑
210℃保温1
‑
2h、220
‑
230℃保温1
‑
2h、260
‑
270℃保温1
‑
2h，300
‑
310℃保温1
‑
2h。
[0019]作为优选，所述升温开环聚合的具体升温过程如下：依次升温至160℃保温1h、180℃保温1h、200℃保温1h、220℃保温1h、260℃保温1h，300℃保温2h。
[0020]作为优选，步骤（1）中：向烧瓶中加入N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺、2
‑
噻吩甲胺及多聚甲醛，加入有机溶剂，在80
‑
130℃反应6
‑
10小时，停止反应后将反应物过滤，将滤液用水洗后旋蒸，烘干，得到固体产物，即为含噻吩基的苯并噁嗪单体。
[0021]所述N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺的结构式为：
[0022]所述含噻吩基的苯并噁嗪的结构式为：
[0023]步骤（2）中：将制得的苯并噁嗪与石墨烯以不同质量比例混合，分散均匀后，通过真空辅助自组装进行薄膜的组装，最终，升温固化聚合后得到目标产物。
[0024]进一步地，本专利技术反应过程如下：N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺的合成过程为：。
[0025]含噻吩基的苯并噁嗪单体的合成过程为：。
[0026]本专利技术所述的耐高温石墨烯薄膜材料在电子元器件和电池散热材料中的应用。作为优选，可以用于新能源汽车的电子元件或者电池散热中。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐高温石墨烯薄膜材料，其特征在于，由含噻吩基的苯并噁嗪与石墨烯形成，石墨烯与含噻吩基的苯并噁嗪的质量比为1:5
‑
3:1，所述含噻吩基的苯并噁嗪结构如下所示：。2.根据权利要求1所述的耐高温石墨烯薄膜材料，其特征在于，所述石墨烯为单层石墨烯。3.一种权利要求1所述的耐高温石墨烯薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）向N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺、2
‑
噻吩甲胺、多聚甲醛中加入有机溶剂，加热反应后将反应物过滤，将滤液洗涤后旋蒸烘干，得到固体产物，即为含噻吩基的苯并噁嗪；（2）将制得的含噻吩基的苯并噁嗪与石墨烯分散液混合搅拌，石墨烯与含噻吩基的苯并噁嗪的质量比为1:5
‑
3:1，然后将混合液真空过滤自组装，最后升温固化得到目标产物耐高温石墨烯薄膜材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺、多聚甲醛、2
‑
噻吩甲胺的摩尔比为50
‑
55：250
‑
255：100
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120。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述N1,N3‑
双(2
‑
羟基苯基)间苯二甲酰胺由邻氨基苯酚、间苯二甲酰氯、无水氯化锂中加入有机溶剂，在冰浴下搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘水国，张侃，姚振豪，魏彬彬，张琪，宋涛，
申请(专利权)人：常州宏巨电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：