[发明专利]一种环氧-石墨烯体系的分散剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种环氧‑石墨烯体系的分散剂及其制备方法。本发明的环氧‑石墨烯体系的分散剂，按下述步骤合成：端羟基超支化聚酯与己内酯单体在辛酸亚锡的催化作用下发生开环加成反应，经沉淀等纯化步骤，得到在超支化聚酯外围接枝上聚己内酯线型分子的“核‑壳”型聚合物[HPE‑(PCL)_n]；然后，在催化剂的作用下，芘丁酸与HPE‑(PCL)_n分子外围的羟基发生酯化反应，得到目标产物HPE‑(PCL‑Py)_n。本发明的HPE‑(PCL‑Py)_n作为环氧‑石墨烯体系的分散剂应用。本发明用于环氧树脂复合材料的石墨烯/氧化石墨烯分散剂合成方法简单、收率高，对环氧‑石墨烯体系下的石墨烯、氧化石墨烯或石墨片的分散效果良好，并且可以增韧环氧树脂基体。

技术领域

本发明属于复合材料领域，涉及一种环氧-石墨烯体系的分散剂及其制备方法，具体涉及一种用于环氧-石墨烯/氧化石墨烯复合材料制备过程中，作为石墨烯/氧化石墨烯在环氧树脂基体内稳定分散的高分子助剂领域的应用。

背景技术

石墨烯被认为是目前人类已知的综合性能最好的材料(如强度最高、韧性最好、质量最轻、导电性最佳)。氧化石墨烯是石墨粉末在强氧化剂的作用下，经氧化与剥离作用得到的产物。无论是石墨烯还是氧化石墨烯，被分散成单层或少层后都呈纳米结构，具有较大的表面能，易在储存或使用的过程中自行团聚，削弱了原有的增强、增韧和导电性能。因此，将分散的石墨烯或氧化石墨烯采用合适的分散剂对其进行分散和稳定，是其发挥出各项优异性能的前提。

环氧树脂，尤其双酚A型环氧树脂，是一类最常用的热固性高分子材料，在防腐蚀涂料、粘合剂、复合材料基体树脂等多个领域都有广泛的应用。用石墨烯或氧化石墨烯与环氧树脂混合得到环氧-石墨烯/氧化石墨烯复合材料，是增强改性热固性环氧树脂的一个简便策略。但是，石墨烯或氧化石墨烯与环氧树脂的极性相差很大，石墨烯或氧化石墨烯不易在环氧树脂中均匀分散，导致石墨烯或氧化石墨烯不但不能增强或增韧环氧树脂，由于它们的团聚还降低了环氧复合材料的力学性能。因此，将石墨烯或氧化石墨烯均匀、稳定地分散在环氧树脂基体中，对改善复合材料的综合性能(包括力学性能)来说，是至关重要的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种环氧-石墨烯体系的分散剂及其制备方法。本发明的石墨烯/氧化石墨烯分散剂合成路线简单、工艺条件温和，对石墨烯和氧化石墨烯都有较好的分散稳定性；另外，本发明的分散剂除了可以有效分散石墨烯/氧化石墨烯外，对复合材料中环氧树脂基体有明显的增强、增韧效果，改善了现有环氧树脂-固化剂体系交联密度高、脆性大的缺陷。

为实现上述发明目之一，本发明采用以下技术方案：

一种环氧-石墨烯体系的分散剂的制备方法，按照以下步骤合成：

1)二元醇与三官能度芳香族羧酸(酸酐)按照羟基与羧基的摩尔比1.01-1.10:1的比例混合，然后在220-240℃条件下反应直至体系的酸值≤20mgKOH/g，即得含羟基的芳香族超支化聚酯，

其中，所述二元醇为乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇中的一种或多种的混合物，

三官能度芳香族羧酸(酸酐)为偏苯三甲酸酐或偏苯三甲酸中的一种或二者的混合物；

2)将含羟基的芳香族超支化聚酯与己内酯单体按照质量比1:1-10混合，然后添加含羟基的芳香族超支化聚酯质量分数0.1％-1.0％的辛酸亚锡，然后在辛酸亚锡的催化作用下120-130℃发生开环反应12-24小时，经沉淀、烘干后即得超支化聚酯(HPE)接枝聚己内酯(PCL)的聚合物[HPE-(PCL)_n]，其中，n≥6；