[发明专利]氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种制备氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料的简便方法。

背景技术

不饱和聚酯树脂（UPR）具有良好的力学性能、电性能和耐化学性能，是复合增强材料中使用量最多的一种树脂，其复合材料被广泛用于船舶、汽车、建材业等工业。与其它热固性树脂相比，UPR具有粘度低，加工方便，既可在常温常压下固化，也可在加温加压下反应；固化不放出小分子，可制造出比较均匀的产品；价格适中；等等。但是，普通UPR的韧性、耐热性和耐腐蚀性等还不甚理想。因此提高UPR的力学性能和耐受性等改性研究工作具有重要意义。

改善性能的一个很好办法就是加入填料，如蒙脱土、气相二氧化硅、海泡石、高岭土、纳米氮化铝、纳米二氧化钛、纳米陶土和碳纳米管（中国专利 CN 101407622）等。据考察，目前国内外还没有报道关于利用石墨烯材料来增强不饱和聚酯树脂的复合材料。石墨烯是拥有sp²杂化轨道的二维碳原子晶体，由Geim 等于2004 年发现，并能稳定存在，是目前世界上最薄的材料-单原子厚度的无机纳米材料。石墨烯不仅具有优异的电学性能，而且质量轻，导热性好，拉伸强度和模量分别为125 GPa 和1060 GPa，强度是钢的100多倍。与昂贵的富勒烯和碳纳米管相比, 氧化石墨烯价格低廉，原料易得，有望成为聚合物纳米复合材料的优质填料。近年来，Ruoff等用化学方法相继研制出石墨烯/聚合物导电纳米复合材料和无支撑的氧化石墨烯纸（Nature, 2006, 442 (7100) : 282；Nature. 2007, 448: 457）, 掀起了氧化石墨烯应用研究的热潮。

    从石墨制备氧化石墨(Graphite Oxide, GO )被认为是大规模合成石墨烯的战略起点。GO的制备方法通常有Brodie法、Standenmaier法和Hummers法。GO 可进一步用机械方法，如热解膨胀或在溶剂中超声分散，制备稳定的准二维氧化石墨烯悬浮液。氧化石墨烯要填入到非亲水性材料当中，一般需要将其进行改性后使其可溶于有机溶剂中。

 

发明内容

本发明目的在于提供一种工艺简单、易操作、可工业化的氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料及其制备方法。

本发明的技术方案为：一种氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料，原料为：二元醇、氧化石墨烯、饱和二元酸或酸酐、不饱和二元酸或酸酐、乙烯基单体以及常规的阻聚剂、引发剂和促进剂，其中氧化石墨烯的含量为0.06-0.5 wt%，。

制备所述的氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料的方法，将氧化石墨烯加入二元醇中直接进行超声分散，或是将二元醇加入氧化石墨烯水溶液中进行超声分散再分馏除去水得到均匀分散的氧化石墨烯/二元醇溶液；与计量比的饱和二元酸或酸酐、不饱和二元酸或酸酐以及阻聚剂进行缩聚反应，聚合完成后加入乙烯基单体稀释后制备出氧化石墨烯/不饱和聚酯树脂；最后再加入引发剂和促进剂固化交联后得到氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料。

所述的制备氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料的方法，其特征在于，具体步骤包括：

第一步，往40重量份的二元醇中加入0.1-0.9重量份的氧化石墨烯，20-50℃下剧烈搅拌并超声0.5-2h，得到均匀分散的氧化石墨烯/二元醇溶液。或往已制备好的氧化石墨烯水溶液加入40重量份的二元醇，搅拌均匀后超声半小时，得到均匀分散的氧化石墨烯/水/二元醇溶液；将此溶液转移到带有温度计、导气管、机械搅拌和分馏柱的四颈烧瓶中，接上蒸馏装置后搅拌并通氮气，升温至100-180℃，保温数小时，直至无水蒸馏出来，得到均匀分散的氧化石墨烯/二元醇溶液；

第二步，将第一步得到的氧化石墨烯/二元醇溶液中加入计量比的饱和二元酸或酸酐、不饱和二元酸或酸酐和阻聚剂，升温至150-160℃，保温0.5~1.5h，结束后升温至190~ 210℃脱水酯化，控制分馏柱温度≤105℃；当酸值达到20~60 mgKOH/g时，降温至70~120℃,加入溶有阻聚剂的乙烯基单体，重量为整个体系的1/3进行稀释，分散均匀得到氧化石墨烯/不饱和聚酯树脂；

第三步，取第二步所得到的氧化石墨烯/不饱和聚酯树脂100重量份，加入2-4重量份的引发剂搅拌均匀，再加入≤0.5重量份的促进剂并搅拌均匀；将以上固化体系倒入模具中，真空除气泡，在≤100℃但＞0℃下固化成型，得到氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料。

所述二元醇是乙二醇、丙二醇、丁二醇、一缩二乙二醇或一缩二丙二醇中的任一种或几种。