石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法转让专利
申请号 : CN201110204405.3
文献号 : CN102352038A
文献日 : 2012-02-15
发明人 : 邱军 , 王宗明
申请人 : 同济大学
摘要 :
权利要求 :
1.石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法,其特征在于具体步骤如下:
(1)将1重量份干燥的石墨烯和10~1000重量份的无机酸混合,在1~100kHz超声波
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或10 r/min~10 r/min的离心速度搅拌下处理1分钟~100小时,然后加热至30~120℃,反应1~100小时,以微滤膜抽滤,反复洗涤至滤液呈中性,在45~200℃温度下真空干燥
1~48小时,即得到纯化的石墨烯;
(2)将步骤(1)中得到纯化的石墨烯的1重量份和强氧化性酸10~1000重量份混合,在1~100kHz超声波下处理1分钟~100小时,然后加热到30~100℃,搅拌并回流反应
0.5~100小时,超微孔滤膜抽滤,反复洗涤至滤液呈中性,在30~200℃温度下真空干燥
1~48小时,得到氧化的石墨烯;
(3)加入步骤(2)所得氧化的石墨烯1重量份和酰化试剂l~200重量份,以1~100kHz超声波处理0.5~10小时后,加热到40~200℃,搅拌并回流反应0.5~120小时,抽滤并反复洗涤除去酰化试剂,得到酰化的石墨烯;
(4)加入步骤(3)所得酰化的石墨烯1重量份和二元胺或多元胺1~1000重量份,以
1~100kHz超声波处理1分钟~100小时,然后在45~200℃温度下反应1~100小时,抽滤并反复洗涤,在1~200℃温度下真空干燥0.5~48小时,得到表面带有活性氨基的接枝型氨基化石墨烯;
(5)加入步骤(4)所得表面带有活性氨基的接枝型氨基化石墨烯1重量份和1~1000
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重量份有机溶剂混合,以1~120kHz超声波或10 r/min~10 r/min的离心速度搅拌下处理
1分钟~100小时,使氨基化的石墨烯均匀分散在有机溶剂中,加入双马来酰亚胺1~1000重量份,在25~100℃温度下,抽真空1~100小时,除去有机溶剂后,升温至树脂基体熔融,进行加成反应,得到石墨烯改性双马来酰亚胺树脂的纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法,其特征在于步骤(1)中所述的石墨烯是指单层石墨烯、多层石墨烯或其混合物。
3.根据权利要求1所述的石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法,其特征在于步骤(1)中所述的无机酸为1~20%重量酸浓度的硝酸、1~60%重量酸浓度的硫酸或1~37%重量酸浓度的盐酸中任一种或其混合液。
4.根据权利要求1所述的石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法,其特征在于步骤(2)中所述的强氧化性酸为1~90%重量酸浓度硝酸、1~98%重量酸浓度硫酸、1∕100~100∕1摩尔比高锰酸钾和硫酸混合溶液、1∕100~100∕1摩尔比硝酸和硫酸混合溶液、1∕100~100∕1摩尔比高锰酸钾和硝酸混合溶液、1∕100~
100∕1摩尔比过氧化氢和硫酸混合液、1∕100~100∕1摩尔比过氧化氢和盐酸混合液或1∕100~100∕1摩尔比过氧化氢和硝酸混合液中任一种或其多种组合。
5.根据权利要求1所述的石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法,其特征在于步骤(3)中所述的酰化试剂为二氯亚砜、三氯化磷、五氯化磷、亚硫酰氯、三溴化磷、五溴化磷或亚硫酰溴中任一种或其多种组合。
6.根据权利要求1所述的石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法,其特征在于步骤(4)中所述的二元胺均为乙二胺、聚乙二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、1,2-丁二胺、1,3-丁二胺、1,6-己二胺、对苯二胺、环己二胺、间苯二胺、间苯二甲胺、二氨基二苯基甲烷、孟烷二胺、二乙烯基丙胺、二氨基二苯基甲烷、氯化己二胺、氯化壬二胺、氯化癸二胺、十二碳二元胺或十三碳二元胺中任一种;所述多元胺为三乙胺、丁三胺、N-胺乙基哌嗪、双氰胺、己二酸二酰肼、N,N-二甲基二丙基三胺、五甲基二乙烯三胺、N,N,N,N,N-五甲基二亚乙基三胺、四乙烯五胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、五乙烯六胺或六乙烯七胺中任一种或其多种组合。
7.根据权利要求1所述的石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法,其特征在于步骤(5)中所述有机溶剂为苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、丁基甲苯、全氯乙烯、三氯乙烯、乙烯基甲苯、乙烯乙二醇醚、二氯甲烷、二硫化碳、磷酸三邻甲酚、甲醇、乙醇、异丙醇、环己烷、环己酮、甲苯环己酮、乙醚、环氧丙烷、丙酮、甲基丁酮、甲基异丁酮、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、三氯丙烷、二氯乙烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氧六环或四氢呋喃中的任一种或其多种组合。
8.根据权利要求1所述的石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法,其特征在于步骤(5)中所述的双马来酰亚胺采用二苯甲烷型双马来酰亚胺、二苯醚型双马来酰亚胺、烷基型双马来酰亚胺、对苯撑型双马来酰亚胺、间苯撑型双马来酰亚胺、邻苯撑型双马来酰亚胺、二苯砜型双马来酰亚胺或联二苯型双马来酰亚胺中任一种。
说明书 :
石墨烯改性双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的制备方法
技术领域
背景技术
现了由碳原子以sp 杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体-石墨烯(Graphene),其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环,是目前最理想的二维纳米材料。石墨烯的理论研究已经有60多年,当时主要用来为富勒烯和碳纳米管等结构构建模型;没有人认为石墨烯会稳定存在,因为物理学家认为,热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下存在。
石墨烯的发现,充实了碳材料家族,形成了从零维的富勒烯、一维的碳纳米管、二维的石墨烯到三维的金刚石和石墨的完整体系,为新材料和凝聚态物理等领域提供了新的增长点。
2004年至今,石墨烯开始超越碳纳米管成为了备受瞩目的国际前沿和热点。
发明内容
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或10 r/min~10 r/min的离心速度搅拌下处理1分钟~100小时,然后加热至30~120℃,反应1~100小时,以微滤膜抽滤,反复洗涤至滤液呈中性,在45~200℃温度下真空干燥
1~48小时,即得到纯化的石墨烯;
(2)将步骤(1)中得到纯化的石墨烯的1重量份和强氧化性酸10~1000重量份混合,在1~100kHz超声波下处理1分钟~100小时,然后加热到30~100℃,搅拌并回流反应
0.5~100小时,超微孔滤膜抽滤,反复洗涤至滤液呈中性,在30~200℃温度下真空干燥
1~48小时,得到氧化的石墨烯;
(3)加入步骤(2)所得氧化的石墨烯1重量份和酰化试剂l~200重量份,以1~100kHz超声波处理0.5~10小时后,加热到40~200℃,搅拌并回流反应0.5~120小时,抽滤并反复洗涤除去酰化试剂,得到酰化的石墨烯;
(4)加入步骤(3)所得酰化的石墨烯1重量份和长链二元胺或多元胺1~1000重量份,以1~100kHz超声波处理1分钟~100小时,然后在45~200℃温度下反应1~100小时,抽滤并反复洗涤,在1~200℃温度下真空干燥0.5~48小时,得到表面带有活性氨基的接枝型氨基化石墨烯。
1000重量份有机溶剂混合,以1~120kHz超声波或10 r/min~10 r/min的离心速度搅拌下处理1分钟~100小时,使氨基化的石墨烯均匀分散在有机溶剂中,加入双马来酰亚胺1~
1000重量份,在25~100℃温度下,抽真空1~100小时,除去有机溶剂后,升温至树脂基体熔融,进行加成反应,得到石墨烯改性双马来酰亚胺树脂的纳米复合材料。
附图说明
具体实施方式
步骤(3):在已装有搅拌器的200ml三颈圆底烧瓶中,加入步骤(2)所得酸化石墨烯
0.4g和二氯亚砜10g,用40Hz超声波处理50分钟后,加热到80℃,搅拌并回流下反应24小时,抽滤并反复洗涤除去二氯亚砜,得到酰化的石墨烯;
步骤(4):在已装有搅拌器的200mL三颈圆底烧瓶中,加入步骤(3)所得酰化石墨烯
0.3g和十二碳二元胺15g,用40kHz超声波处理1小时后,在100℃下搅拌反应24小时,抽滤除去未反应物和反应副产物,用去离子水洗涤5次后,80℃真空干燥20小时,得到表面带有氨基的石墨烯;
步骤(5):在已装有搅拌器的200mL三颈圆底烧瓶中,加入100mL丙酮和步骤(4)氨基化的石墨烯0.2g,经60kHz超声波处理5小时后,加入4,4′-双马来酰亚氨基二苯甲烷(BDM)25g,在100℃温度下,抽真空24小时,除去有机溶剂,升温至树脂基体熔融并搅拌,用
60kHz超声波处理1小时后,在200℃下反应10小时,得到表面接有4, 4′-双马来酰亚氨基二苯甲烷的石墨烯。
步骤(3):在已装有磁力搅拌转子的500ml三颈圆底烧瓶中,加入步骤(2)所得酸化石墨烯4g和三氯化磷50g,经100Hz超声波处理1小时后,加热到80℃,搅拌并回流下反应48小时,抽滤并洗涤5次除去三氯化磷,得到酰化的石墨烯;
步骤(4):在已装有磁力搅拌转子的500mL三颈圆底烧瓶中,加入步骤(3)所得酰化石墨烯3g和N,N-二甲基二丙基三胺60g,经60kHz超声波处理1小时后,在100℃下反应10小时,抽滤除去未反应物和反应副产物,经去离子水洗涤5次后,100℃真空干燥12小时,得到表面带有氨基的石墨烯;
步骤(5):在已装有磁力搅拌转子的500mL三颈圆底烧瓶中,加入100mL乙醇和步骤(4)氨基化的石墨烯2g,经100kHz超声波处理4小时后,加入N-甲基邻苯二甲酰亚胺25g,,在25℃温度下,抽真空100小时,除去有机溶剂,然后升温至树脂基体熔融并搅拌,用60kHz超声波处理1小时后,在200℃下反应10小时,得到表面接有N-甲基邻苯二甲酰亚胺的石墨烯。
步骤(3):在已装有搅拌器的200ml三颈圆底烧瓶中,加入步骤(2)所得酸化石墨烯
1.0g和二氯亚砜10g,用80Hz超声波处理2小时后,加热到80℃,搅拌并回流下反应24小时,抽滤并反复洗涤除去二氯亚砜,得到酰化的石墨烯;
步骤(4):在已装有搅拌器的200mL三颈圆底烧瓶中,加入步骤(3)所得酰化石墨烯
1.0g和1,6-己二胺15g,用80kHz超声波处理1小时后,在100℃下搅拌反应24小时,抽滤除去未反应物和反应副产物,用去离子水洗涤6次后,80℃真空干燥24小时,得到表面带有氨基的石墨烯;
步骤(5):在已装有搅拌器的200mL三颈圆底烧瓶中,加入100mL N,N-二甲基甲酰胺和步骤(4)氨基化的石墨烯1.0g,经80kHz超声波处理5小时后,加入对苯撑型双马来酰亚胺20g,在100℃温度下,抽真空24小时,除去有机溶剂,升温至树脂基体熔融并搅拌,用
80kHz超声波处理1小时后,在210℃下反应10小时,得到表面接有对苯撑型双马来酰亚胺的石墨烯。