[发明专利]一种石墨烯/SiO2杂化聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种石墨烯/SiO2杂化聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法，所述石墨烯/SiO2杂化聚酰亚胺泡沫材料由改性氧化石墨烯与二苯甲酮四羧酸二酐、二氨基二苯醚、3‑氨丙基三乙氧基硅烷、正硅酸乙酯等经酰胺化反应和溶胶‑凝胶反应制备得到，其中，所述改性氧化石墨烯为表面含有异氰酸根的改性氧化石墨烯。本发明所制备的石墨烯/SiO2杂化聚酰亚胺泡沫材料一方面充分发挥了氧化石墨烯良好的增强效果和二氧化硅良好的增韧效果，另一方面克服了二者易团聚的缺点，使SiO2颗粒能均匀地分布在石墨烯片层上，石墨烯片层之间不易重叠，分散性得到明显提高，同时还兼具聚酰亚胺耐热性好、力学性能高、阻燃性强等性能。

主权项

1.一种石墨烯/SiO₂杂化聚酰亚胺泡沫材料，其特征在于，其制备原料包括如下按重量份计算的组分：二苯甲酮四羧酸二酐 30～35份；二氨基二苯醚 19～21份；甲醇5～40份；3‑氨丙基三乙氧基硅烷 0.01~0.1份；正硅酸乙酯 6～20份；表面含有异氰酸根的改性氧化石墨烯10～20份；该石墨烯/SiO₂杂化聚酰亚胺泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：M1. 将二苯甲酮四羧酸二酐加入到甲醇中，在70±5℃下回流加热1.5～2.5h，随后加入二氨基二苯醚，在70±5℃下继续回流加热1.5～2.5h，加入3‑氨丙基三乙氧基硅烷，继续反应1～1.5h；M2. 加入改性氧化石墨烯，继续反应1～1.5h，加入正硅酸乙酯，继续反应20～60min，得到石墨烯/SiO₂杂化聚酰亚胺泡沫材料的前驱体溶液；M3. 将M2所述前驱体溶液加热，去除多余溶剂，利用粉碎机将烘干后的前驱体打磨并过筛，得到粒径均匀的前驱体粉末；M4. 将前驱体粉末放入自制模具中，在微波炉中发泡并酰亚胺化制得石墨烯/SiO₂杂化聚酰亚胺泡沫材料；所述的表面含有异氰酸根的改性氧化石墨烯，该改性氧化石墨烯的制备方法包括如下步骤： S1. 将10±1g石墨粉和3.5±0.5g硝酸钠溶于浓H₂SO₄中，于0～5℃下超声处理反应0.5～1.5h；S2.加入40±2gKMnO₄，于0～10℃反应1～3h，再调节温度至32～40℃，超声振荡反应20 ～60min；S3.将S2所得混合液加入去离子水中，控温70～100℃，机械搅拌20～60min；S4.加入去离子水中止反应，加入30ml体积分数为30%的的双氧水，继续反应至无气体产生； S5.用H₂O、H₂O₂、H₂SO₄三者的混合酸溶液对S4所得溶液提纯，再分散于蒸馏水中，超声 振荡20～60min，离心，提取氧化石墨烯水溶液；S6.风干，得到无水的氧化石墨烯片层，并将其研磨成粉； S7.称200±10mgS6得到的氧化石墨烯，加入到二甲基甲酰胺中，超声处理20～60min后，加入5～6.5g二异氰酸酯，超声处理20～60min，加入2～3滴催化剂二月桂酸二丁基锡，50±5℃保温48～60h； S8.用丙酮洗涤S7所得溶液，离心，产物干燥，获得到表面含有异氰酸根的改性氧化石墨烯；其中，S7.所述二异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯。