[发明专利]一种用于树脂基复合材料的氨基化石墨烯的制备方法

说明书

本发明属于石墨烯制备技术，涉及一种用于树脂基复合材料的氨基化石墨烯的制备方法。其特征在于，制备的步骤如下：按照下述方法之一制备氧化石墨烯分散液；按照下述方法之一制备有机二胺溶液；制备氨基化石墨烯。本发明提供了一种用于树脂基复合材料的氨基化石墨烯的制备方法，简化了工艺，降低了成本，减轻了环境污染，提高了石墨烯填料在树脂中的分散性以及和树脂基体间的结合力，为扩大石墨烯的应用奠定了基础。

技术领域

本发明属于石墨烯制备技术，涉及一种用于树脂基复合材料的氨基化石墨烯的制备方法。

背景技术

石墨烯是由一层sp²杂化的碳原子构成的蜂窝状二维晶体，是形成其他碳材料的基本单元。由于石墨烯的独特结构，也使它具备了许多特殊的性质，如优异的导热性、导电性以及机械性能等。石墨烯因其性能优良而受到广泛关注，而对其应用的研究中很重要的一方面就是将其添加到树脂基材料中，以改善树脂的各项性能。但是石墨烯具有的活性官能团很少，表面呈惰性状态，因而它与树脂间的相互作用较弱，导致填料与基体间的应力传递很难形成，直接影响了树脂基复合材料的综合性能。同时由于石墨烯片的比表面积较大，也使得石墨烯在树脂中容易发生团聚，这些都大大限制了它的应用。

改善石墨烯在树脂中的分散性，提高石墨烯和树脂间的相互作用、形成良好的界面，是制备性能优良的石墨烯/树脂基复合材料的必备条件。氨基化石墨烯是把石墨烯的前驱体——氧化石墨烯作为原料，利用表面的含氧官能团进一步氨基化而制得的产物。氨基化石墨烯相比于石墨烯，表面官能团活性大，更易与树脂基产生相互作用，通过提高界面结合力实现了石墨烯填料与基体之间的应力传递和分散，进而起到增强和增韧的效果。同时氨基化改性有效改善了石墨烯的团聚现象，使其在树脂中的分散更加均匀。另一方面，还可以通过使用不同的氨基化试剂来调控石墨烯的性质，使其更好的与各种树脂相容。

目前制备氨基化石墨烯的方法有很多，比较常见的方法是：在氧化石墨烯的有机溶剂中添加羧基活化剂(例如亚硫酰氯等)，加入有机胺类/有机二胺类物质后，使羧基和氨基生成酰胺键，从而完成氨基化改性。还有的方法是在氧化石墨烯的有机溶剂中加入二异氰酸类物质，通过进一步的还原反应生成氨基完成改性。再有的方法是通过重氮化等有机反应将含有氨基的物质接到氧化石墨烯表面。然而，这些方法在制备氨基化石墨烯的过程中大量使用有机试剂，存在工艺复杂，成本高，环境污染等问题。而且在有关于氨基化石墨烯制备方法的专利中，鲜有将氨基化石墨烯作为填料用于改善树脂基复合材料性能的相关应用。

发明内容

本发明的目的是：提供一种用于树脂基复合材料的氨基化石墨烯的制备方法，以便简化工艺，降低成本，减轻环境污染；提高石墨烯填料在树脂中的分散性以及和树脂基体间的结合力，为扩大石墨烯的应用奠定基础。

本发明的技术方案是：一种用于树脂基复合材料的氨基化石墨烯的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：

1、按照下述方法之一制备氧化石墨烯分散液：

1.1、称取至少1g氧化石墨烯粉体，置于烧杯中，加入蒸馏水，在超声波清洗仪中超声处理至少1h，得到氧化石墨烯的水分散液，所述氧化石墨烯粉体的质量与蒸馏水的体积的比例为1：200～1：300，氧化石墨烯粉体质量的单位为g，蒸馏水体积的单位为mL；

1.2、称取至少1g氧化石墨烯粉体，置于烧杯中，加入蒸馏水，在超声波清洗仪中超声处理至少1h，得到氧化石墨烯的水分散液，所述氧化石墨烯粉体的质量与蒸馏水的体积的比例为1：250～1：375，氧化石墨烯粉体质量的单位为g，蒸馏水体积的单位为mL；向氧化石墨烯的水分散液中加入N,N-二甲基甲酰胺，在超声波清洗仪中超声处理至少0.5h，得到氧化石墨烯在混合溶剂中的分散液，所述N,N-二甲基甲酰胺与蒸馏水的体积比为1：3～3：1；

2、按照下述方法之一制备有机二胺溶液：

2.1、当采用乙二胺时，直接量取；