[发明专利]一种超高强度混凝土的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯‑‑水性环氧高分散体系合成方法，包括以下步骤：第一步、取缩水甘油醚环氧树脂与双端氨基小分子胺进行加成扩链反应得到端氨基亲水聚醚链段；第二步、取端氨基亲水聚醚链段与大分子环氧基进行加成扩链反应得到端氨基长链非离子自乳化环氧固化剂；第三步、采用超声辅助Hummers法制备低氧化度石墨烯；第四步、取非离子型自乳化环氧固化剂与低氧化度石墨烯进行共价接枝修饰反应得到石墨烯‑‑水性环氧高分散体系。本发明的优点是将长链非离子自乳化环氧固化剂通过亲核开环反应接枝到石墨烯表面在一定程度上抑制石墨烯片层的重新团聚，同时保留石墨烯的导电性，有效提升石墨烯‑水性环氧高分散体系的综合力学性能和模量。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯--水性环氧高分散体系及其合成方法，具体涉及一种非离子型自乳化环氧固化剂的制备、低氧化度石墨烯的制备及该非离子型自乳化环氧固化剂修饰低氧化度石墨烯的方法，属于化学有机合成新材料技术领域。

背景技术

石墨烯是一种二维蜂窝状碳质新材料，由于其独特的结构，使其不但具有优异的导电、导热、光学性能，也表现出很好的力学性能。理想的石墨烯结构其抗拉强度高达130GPa，杨氏模量为1100GPa，是普通钢材的百倍，再加上石墨烯的比表面高达2630g/㎡，这使得它可作为二维增强相，在材料的力学改善方面具有广阔的应用前景。随着科学家对石墨烯的认识和应用研究的不断进展，石墨烯及其衍生物材料的应用表现出了良好的发展潜力。

对于石墨烯的衍生材料，主要集中于两个方面：一是石墨烯--有机复合物，；一是石墨烯--无机复合物。例如，Ruoff等人将改性后的氧化石墨烯添加到高聚物中，制备得到第一个石墨烯--高聚物复合物。由于石墨烯独特的超高导电性和机械强度，添加石墨烯后所获得的高聚物在电学和力学方面的性能得到了很大的提高。这些石墨烯--有机复合物的制备以及性能的研究对高分子材料的发展提供了一个新的方向。但是，石墨烯由于化学性质极其稳定，很难直接在其表面引入其他官能团或者接枝上其他分子，且石墨烯的高疏水性使其在水溶液中的溶解性非常小，再加上石墨烯片层之间非常大的范德华力使石墨烯非常容易发生团聚降低了其表现出的纳米特性，从而限制了石墨烯的应用。

为了解决这方面的问题，现有技术是首先通过强氧化剂将石墨氧化成一种石墨衍生物--氧化石墨，同时在碳片上引入亲水的含氧基官能团，如羟基、羧基和环氧基，以减小片层间的范德华力，同时增加氧化石墨的亲水性；再通过超声等后处理工序使氧化石墨在水中剥离形成稳定的氧化石墨烯(GO)。这样做可以在一定程度上破坏石墨烯离域π键结构，降低其导电、导热功能，然而带有含氧基团的氧化石墨烯有助于其在聚合物基体中充分分散，保证其力学方面的性能。根据石墨烯氧化程度的不同，在石墨烯上、下表面随机分布着不等的羟基和环氧基，边缘分布少量的羧基等基团，这些基团的存在为其改性提供了活性点。氧化石墨烯的亲核取代主要发生在环氧基团上，由于环氧基团上的氧具有很强的吸电子效应，容易与亲核试剂(例如带氨基的化合物)发生开环反应。目前，脂肪胺、芳香胺、氨基封端的生物分子、氨基酸和硅烷偶联剂都被成功接枝到氧化石墨烯上。据报道Yang将硅烷偶联剂APTS接枝的氧化石墨烯，与纯的APTS做对比试验，改性后的断裂强度和韧性分别提高了19.9％和92％，说明APTS与氧化石墨烯之间可以形成较强的共价键合作用。另外，也有报道Athanasios将带氨基的小分子成功接枝到氧化石墨烯表面，随着氨分子链长度的增加，得到的改性氧化石墨烯的层间距也增大，所得衍生物在有机溶剂中或水、助溶剂中都表现出不错的分散性。为了体现聚合物基石墨烯复合材料具有高性能、多功能、耐久性的特点，如何提高纳米尺寸的石墨烯在聚合物基材中的分散性而不发生团聚，以及提高石墨烯与聚合物基材的界面强度是目前研究的重点内容。