[发明专利]表面改性氧化石墨烯及其复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了表面改性氧化石墨烯及其复合材料的制备方法，表面改性氧化石墨烯的制备方法为：将氧化石墨烯加入KH550溶液中反应，反应结束后离心，洗涤，低温干燥，得到表面改性氧化石墨烯。复合材料的制备方法为：将表面改性氧化石墨烯与酚醛树脂通过熔融共混、加入填料混合均匀后混炼、模压成型制备复合材料后固化即得表面改性氧化石墨烯复合材料。有益效果为：本发明表面改性GO的制备方法接枝率高、制备成本低，制得的表面改性GO具有亲水性低、在聚合物中分散稳定性和均匀性好、热稳定性能强；复合材料的制备方法简单、高效，不需要加入有机溶剂，制得的复合材料的力学性能佳，能提高复合材料的摩擦系数、降低其磨损率。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，尤其是涉及表面改性氧化石墨烯及其复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子组成的二维蜂窝状（honeycomb）晶格结构，碳原子间通过sp²杂化连接而成。石墨烯堆叠起来就成为了三维的石墨，也可以卷曲成为一维的碳纳米管或是零维的富勒烯。石墨烯基本结构与这些碳系材料完全一致，但是石墨烯的性能却远远优胜于这些碳材料，石墨烯是现今世界上最薄的材料，其厚度仅为碳的单原子层厚度0.335nm，理论比表面积高达2600m²/g。理想的石墨烯拥有突出的导热性能(3000W/(mK))和优异的力学性能(杨氏模量1000GPa，断裂强度125GPa)以及在室温下高速的电子迁移率15000cm²/(Vs)。石墨烯通常作为聚合物复合材料的纳米增强改性剂。研究表明，经过石墨烯填充改性的各种聚合物复合材料的力学性能、热性能、电学性能均得到明显提高。然而，结构完整的石墨烯化学稳定性高，与其他介质相互作用较弱，且层间存在很大的范德华引力，难以在许多常见溶剂中分散形成稳定的溶液。通过化学反应，可对石墨烯进行表面改性，使其带有不同的官能团，提高其在溶剂中的分散性及与聚合物的复合性。氧化石墨烯（GO）即是在制备石墨烯过程中产生的一种重要的石墨烯衍生物，是通过对天然鳞片石墨进行氧化、剥离而得到的单片层氧化石墨烯；氧化石墨烯（GO）与石墨烯单层结构相似，但由于经过强氧化过程，氧化石墨烯（GO）上的碳原子被引入了各种官能团，如羧基、羟基、环氧基等，这些含氧官能团在较低的温度下就会分解，限制了氧化石墨烯（GO）在聚合物中的应用，为了扩大其使用范围，需要对氧化石墨烯（GO）表面进行有机改性。

酚醛树脂是由酚类和醛类通过缩聚反应生成的聚合产物，通过进一步的固化反应，可得到高分子量的聚合物。酚醛树脂由于具有非常好的耐烧蚀性能和阻燃性能，被广泛应用在耐火材料领域和航空航天领域。其良好的尺寸稳定性及绝缘性能，也常被用来制作绝缘材料、层压板和模塑料等。另外，在基础研究领域，由于酚醛树脂较高的残炭量，常被用作碳前驱体材料来制备各种结构的纳米碳材料。但是由于亚甲基呈刚性，酚醛树脂的韧性较低，制品的韧性较差，在实际应用中使用寿命缩短。为了使酚醛树脂可以在更广泛的领域应用，人们需要在酚醛树脂中加入各种材料进行改性，制备酚醛树脂基复合材料。目前广泛用于与酚醛树脂复合的材料有纳米材料(纳米SiO2、纳米TiO2等)、有机材料(腰果壳油、桐油、有机硅等)、无机材料(二硫化钼、石墨、晶须等)。但是，现有技术中的酚醛树脂复合材料的力学性能和耐磨性能较差。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种无堆叠和聚集、接枝率高、制备成本低，制得的表面改性石墨烯具有亲水性低、在聚合物中分散稳定性和均匀性好、热稳定性能强的表面改性氧化石墨烯的制备方法。

本发明的目的之二在于提供一种制备方法简单、高效，不需要加入有机溶剂，制得的复合材料的力学性能佳，能提高复合材料的摩擦系数、降低其磨损率的表面改性氧化石墨烯的复合材料的制备方法。

本发明针对上述技术中提到的问题，采取的技术方案为：