[发明专利]一种氧化石墨烯表面化学修饰的方法及应用

说明书

一种氧化石墨烯表面化学修饰的方法及应用，涉及一种氧化石墨烯表面修饰的方法及应用。目的是解决石墨烯在环氧树脂中存在聚集严重导致的分散性差以及石墨烯/环氧树脂复合材料的界面结合较弱的问题。制备：一、制备氧化石墨烯；二、氧化石墨烯的羟基化处理；三、三聚氯氰修饰氧化石墨烯；四、二乙烯三胺修饰氧化石墨烯。应用：三嗪衍生物化学修饰氧化石墨烯在制备氧化石墨烯/环氧树脂复合材料中的应用。本发明采用共价接枝方法将三聚氯氰和二乙烯三胺接枝到氧化石墨烯表面，制备得到了三嗪衍生物修饰的氧化石墨烯，氧化石墨烯在复合材料中的分散性和界面结合性能提高。本发明用于氧化石墨烯表面化学修饰及制备氧化石墨烯/环氧树脂复合材料。

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯表面修饰的方法及应用。

背景技术

石墨烯是具有高强度的纳米级材料，石墨烯增强环氧树脂复合材料在航空航天、机械制造、建筑等领域有广泛的应用。但是，石墨烯在环氧树脂中存在聚集严重，分散性差和界面结合较弱的问题，从而限制了石墨烯/环氧树脂复合材料优异性能的充分发挥。为解决上述问题，通常采用对石墨烯表面进行改性的方法，主要包括非共价修饰和共价修饰。非共价修饰是通过弱的结合作用连接分子，例如氢键，范德华力或静电吸附等。共价修饰则是通过氧化石墨烯表面的官能团与其他化合物的化学反应，来有效控制石墨烯复合材料的物理和化学性质。

一般来说，为了获得性能良好的石墨烯/环氧树脂复合材料，石墨烯的共价修饰被广泛用来改善其表面性能，石墨烯的共价修饰可有效地将界面应力从环氧树脂基体转移到石墨烯薄片。近些年来，对氧化石墨烯表面改性已有大量研究，但是由于石墨烯表面接枝链的活性基团数量有限，对石墨烯/环氧树脂复合材料性能提高仍然有限，而且成本高，效率低。因此，目前急需一种高效的石墨烯的表面改性技术，在石墨烯表面形成更多的活性点，来提高石墨烯在环氧树脂中的分散性及界面结合性能，从而提高复合材料的力学性能，扩大其应用范围。胺类树枝状大分子由于具有高度支化的空间稳定性结构和大量胺基基团而受到广泛关注，它不仅可提供能与氧化石墨烯和环氧树脂反应的大量活性位点，而且胺基对环氧树脂固化起到协同促进作用。因此可成为氧化石墨烯高效功能化的备选材料。成本较低的三聚氯氰，具有稳定的化学特性和大量的氯原子活性基团，其可作为树枝状分子的树干。二乙烯三胺，含有大量的含有伯胺和仲胺，可作为树枝状分子的分支。

发明内容

本发明为了解决现有的石墨烯在环氧树脂中存在聚集严重导致的分散性差，以及石墨烯/环氧树脂复合材料的界面结合较弱的问题，提出一种三嗪衍生物化学修饰氧化石墨烯的方法及应用。

本发明氧化石墨烯表面化学修饰的方法按以下步骤进行：

步骤一、制备氧化石墨烯：

①、将石墨、硝酸钠和浓硫酸加入到三口烧瓶中，将三口烧瓶置于在0℃～5℃的冰水浴中并在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌反应30min～40min，得到反应液Ⅰ；

步骤一①中所述的浓硫酸的质量分数为96％～98％；

步骤一①中所述的石墨的质量与浓硫酸的体积比为(6g～8g):(360mL～500mL)；

步骤一①中所述的硝酸钠的质量与浓硫酸的体积比为(2g～4g):(360mL～500mL)；

②、向反应液Ⅰ中加入高锰酸钾，再将三口烧瓶置于在0℃～5℃的冰水浴中在搅拌速度为300r/min～400r/min下搅拌反应2h～3h，得到反应液Ⅱ；

步骤一②中所述的高锰酸钾与步骤一①中所述的石墨的质量比为(20～25):(6～8)；

③、将反应液Ⅱ的温度升温至35℃～40℃，并在温度为35℃～40℃下反应17h～19h，再加入蒸馏水，得到反应液Ⅲ；

步骤一③中所述的蒸馏水的体积与步骤一①中所述的石墨的质量比为(400mL～600mL):(6g～8g)；