[发明专利]一种环氧基封端改性的氧化石墨烯及其环氧纳米复合材料

说明书

本发明提供了一种环氧基封端改性的氧化石墨烯，其是由A基团替换氧化石墨烯表面羧基上的‑OH基团、B基团替换氧化石墨烯表面羟基上的氢原子所得。本发明制备的环氧基封端改性的氧化石墨烯在低剂量的添加下，可以大幅度提高环氧纳米复合材料的储能模量和玻璃化转变温度，同时显著提升力学性能，特别是韧性(拉伸强度)的提高异常显著，应用前景优良。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种环氧基封端改性的氧化石墨烯及其环氧纳米复合材料。

背景技术

环氧树脂(EP)是一种优良的高强度热固性树脂，是应用非常广泛的基体材料。但纯环氧树脂在实际应用中难以满足使用要求，使其应用受到一定限制。

树脂基纳米复合材料是指由小尺寸的纳米级分散相与树脂基进行复合，由于掺杂相纳米颗粒本身独特的热力学性质、大的比表面积和强的表面活性等因素，这类纳米颗粒分散在树脂基体中后，能够与基体在微观尺寸上产生强的相互作用，从而以少量的添加提升复合材料的强度、耐热等性能。

石墨烯是目前已知强度最高的材料，它的出现在21世纪初期的科学界掀起了一股研究的热潮。而氧化石墨烯(GO)表面氧化官能团的存在，在保持了石墨烯大部分优异的物理性能的基础上，还拥有石墨烯不具备的大量可反应的活性基团，因此，氧化石墨烯在树脂基复合材料领域具有非常实用的价值。

但是，目前制备的氧化石墨烯/树脂基复合材料，由于氧化石墨烯与树脂基之间相容性和界面结合强度的不足，复合材料的力学性能还不能满足需求。所以，对氧化石墨烯进行改性，提高其与树脂基之间的相容性和界面结合强度，是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种力学性能显著提高的改性氧化石墨烯/环氧纳米复合材料。

本发明提供了一种环氧基封端改性的氧化石墨烯，其特征在于：其是由A基团替换氧化石墨烯表面羧基上的-OH基团、B基团替换氧化石墨烯表面羟基上的氢原子所得；

其中，A基团的结构为：其中R选自：酚胺、醇胺及多胺类化合物上氨基失去一个氢原子后剩余的基团；B基团的结构为：

进一步地，其由如下配比的原料制备而成：氧化石墨烯1g，酚胺、醇胺及多胺类化合物(20～40)mmol，六氯环三磷腈(5～10)g，缩水甘油(10～30)g；优选酚胺、醇胺及多胺类化合物：六氯环三磷腈：缩水甘油的比例为1g：30mmol：8g：25g；

其中酚胺、醇胺及多胺类化合物优选为对羟基苯乙胺。

本发明还提供了一种上述环氧基封端改性的氧化石墨烯的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)氧化石墨烯与酚胺、醇胺及多胺类化合物反应，得到中间产物1；

(2)中间产物1与六氯环三磷腈反应，得到中间产物2；

(3)中间产物2与缩水甘油反应，得到环氧基封端改性的氧化石墨烯；

其中，所述中间产物1的结构为C基团替换氧化石墨烯表面羧基上的-OH基团所得，C基团为为酚胺、醇胺及多胺类化合物上氨基失去一个氢原子后剩余的基团；所述中间产物2的结构为D基团替换氧化石墨烯表面羧基上的-OH基团、E基团替换氧化石墨烯表面羟基上的氢原子所得，D基团为其中R为酚胺、醇胺及多胺类化合物上氨基失去一个氢原子后剩余的基团，E基团为

其中酚胺、醇胺及多胺类化合物优选为对羟基苯乙胺。

进一步地，所述步骤(1)中，原料还包括二甲基氨基吡啶和N，N-二环己基碳二亚胺；反应结束后还包括以下操作：减压抽滤，保留固体，洗涤。