[发明专利]一种有机硅烷低聚物改性石墨烯的制备方法

说明书

本发明是一种有机硅烷低聚物改性石墨烯的制备方法，该方法充分利用氧化石墨烯表面含有的多种含氧官能团，选用氯硅烷对氧化石墨烯进行改性，并利用水解缩合的方法得到有机硅烷低聚物接枝的石墨烯材料。通过控制不同官能度的氯硅烷原料投入比，可以控制接枝的结构和聚合度。本发明实现了通过一锅式反应制备有机硅烷低聚物改性石墨烯的目的。

技术领域

本发明是一种有机硅烷低聚物改性石墨烯的制备方法，属于石墨烯及表面处理技术领域。

背景技术

硅橡胶是一种半有机和半无机的特种高分子材料，热稳定性、耐天候老化性能突出；具有良好的链柔顺性，在低温下仍能保持弹性；此外，硅橡胶的抗紫外光、耐溶剂性质方面也有优异的表现，广泛应用于航空、航天、电子和通讯等高新技术领域。石墨烯是一种近年来兴起的材料，具有出色的电、热传导及力学性能，但因其易于团聚、与硅橡胶的相容性差，故尚无法作为功能助剂应用于高性能硅橡胶制品的制备。因此，为在硅橡胶中充分发挥石墨烯本身的出色性能，实现在硅橡胶中良好分散是关键的一步。

从国内外的研究文献来看，越来越多的学者关注到了石墨烯和硅橡胶的相容性问题，将表面处理后的石墨烯加入硅橡胶中，但他们多采用的处理思路是利用有机物对石墨烯材料表面进行处理，且处理剂基本是含碳官能度或碳链的硅烷偶联剂，如马丹丹、赵东林和张东东等采用硅烷偶联剂KH-550(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)处理石墨烯(高分子材料科学与工程，2013,29(10)：138-141)，高群、徐燕等也采用硅烷偶联剂KH-550或二苯基甲烷-4,4’-二异氰酸酯处理石墨烯(专利号CN 1056944661 A)，并将所得的处理后石墨烯加入并制备硅橡胶。以上文献和工作在一定程度上实现了改性石墨烯与硅橡胶相容性的提高，但这些方法得到的石墨烯表面接枝基团是有机硅小分子化合物，与硅橡胶的相容性提高有限。

发明内容

本发明的目的正是针对现在技术存在的不足，提出一种有机硅烷低聚物改性石墨烯的制备方法，其目的是使制备的该种有机硅烷低聚物改性石墨烯具有与一般硅橡胶相同的的“硅-氧”重复单元，从而使得到的改性石墨烯具有更高的与硅橡胶胶料相容性。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

该种有机硅烷低聚物改性石墨烯的制备方法的步骤如下：

步骤一、合成准备

在三口反应瓶中加入10质量份的氧化-还原法制得的氧化石墨烯，该氧化石墨烯的片层厚度在0.5nm～10nm之间，加入充分干燥的无水溶剂并封口，对混合体系进行40min～90min的超声分散，得到1g～50g/L的分散体系，将三口反应瓶的中间口安装搅拌装置，侧口分别安装回流冷凝管和恒压滴液装置；

所述无水溶剂为四氢呋喃、甲基四氢呋喃或环己烷；

步骤二、氧化石墨烯的氯硅烷改性反应和水解缩合

2.1通过恒压滴液装置向三口反应瓶中滴加5～100质量份的氯硅烷，升温至回流反应，反应24h～48h，完成氧化石墨烯的氯硅烷改性；

2.2利用恒压滴液漏斗在10min～15min内向三口反应瓶中加入0.5～15质量份去子离水和10～100质量份四氢呋喃的混合液，继续反应1.0h～2.0h，得到有机硅烷低聚物改性石墨烯分散液；

步骤三、有机硅烷低聚物改性石墨烯分散液中成分的分离、纯化

将有机硅烷低聚物改性石墨烯分散液冷却至室温，进行真空抽滤并水洗，后将所得固体进行减压蒸馏干燥。

所述的氯硅烷的分子式为：RnSiCl(4-n)，其中：R为甲基、乙烯基或苯基中的一种或几种，n为不大于3的正整数。

上述步骤2.2中，当加入去离子水的质量不大于2质量份时，在机硅烷低聚物改性石墨烯分散液中加入过量水或氨水进行端基羟基化，或加入甲醇或乙醇进行端基烷氧基化，进行封端基团的替代。