[发明专利]一种动态热可逆可重塑的石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种动态热可逆可重塑的石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料及其制备方法，将带有环氧基官能团的缩水甘油糠醚与双马来酰亚胺利用Diels‑Alder反应合成具有双环氧基官能团的物质，再利用该含双环氧基官能团的物质作为交联剂与氨丙基封端的聚硅氧烷或侧氨基聚硅氧烷反应，通过石墨烯纳米粒子，制得含有Diels‑Alder动态热可逆键的石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料，该纳米复合材料具有动态热可逆性质、且可多次重塑成型。本发明制备的动态热可逆、可重塑的石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料无需任何外加修复剂，仅需通过热处理便可实现交联体系的动态热可逆转变，以及重塑成型，该材料的合成工艺简单，具有动态热可逆的性质，可多次反复的重塑成型。

技术领域

本发明涉及石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料及其制备领域，更具体地说涉及一种具有动态热可逆、可多次重塑的石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

作为一种新颖的智能结构功能材料，自修复聚合物材料能够通过模拟生物体损伤愈合的机理来实现材料本身微裂纹的自修复，避免其受到进一步破坏，从而延长材料的使用寿命。目前，高分子材料自修复途径有很多，当下研究的比较多的主要是将动态共价键通过一定的手段引入到高分子材料体系中，以达到实现自修复的效果。所谓的动态共价键，就是在适合的条件下能够可逆地断裂和形成，结合了超分子非共价的可逆性与共价键的稳固性的优点，这使得其获得了广泛的应用。基于动态共价键而构建的石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料与传统的聚硅氧烷纳米复合材料相比，在制备方法、结构与性能等许多方面都有很大的不同，已成为当今聚硅氧烷纳米复合材料研究的一个热点领域。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种在热处理的条件下即可实现动态热可逆且可多次重塑成型的石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料，该材料不仅具有良好的动态热可逆的性质，还可反复多次重塑成型。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

一种动态热可逆可重塑的石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料及其制备方法，将缩水甘油糠醚和双马来酰亚胺在无氧条件下反应得到含双环氧基官能团的物质，以含双环氧基官能团的物质作为交联剂，与氨丙基封端的聚硅氧烷或者侧氨基聚硅氧烷和石墨烯纳米粒子在无氧条件下进行反应，以使环氧基官能团与氨丙基封端的聚硅氧烷或者侧氨基聚硅氧烷中的氨基官能团发生化学反应，形成交联的三维网络体系，具体来说：

双马来酰亚胺为N,N’-(4,4’-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺、N,N’-(1,4-亚苯基)双马来酰亚胺、1,4-双(马来酰亚胺基)丁烷、1,2-双(马来酰亚胺基)乙烷等含有两个及两个以上马来酰亚胺结构的物质中的一种。

氨丙基封端的聚硅氧烷的侧链为甲基、乙烯基、苯基或者氟烃基，氨丙基封端的聚硅氧烷的数均分子量为1000-10000；侧氨丙基聚硅氧烷的氨基摩尔含量(mol％)为1-10。

添加的石墨烯纳米粒子质量分数为1-10％。

使用惰性保护气体为反应体系提供无氧条件，如氮气、氦气或者氩气。

在反应中，由氨丙基封端的聚硅氧烷或者侧氨基聚硅氧烷提供氨基，双环氧基官能团的物质提供环氧基，其中，缩水甘油糠醚、双马来酰亚胺和氨丙基封端的聚硅氧烷或者侧氨基聚硅氧烷的摩尔比为(1-3)：(1-2)：(1-2)，优选为(1-2)：1：1。

具体实施中，按照下述步骤进行：

步骤1，将缩水甘油糠醚和双马来酰亚胺置于溶剂中混合均匀，在无氧条件下，于60-70℃下回流5-10天后，置于无水乙醚中沉淀析出，将沉淀物烘干、洗涤提纯后，置于冰甲醇中沉淀析出烘干后，得到含双环氧基官能团的物质；

步骤2，将步骤1制备得到的含双环氧基官能团的物质和氨丙基封端的聚硅氧烷或者侧氨基聚硅氧烷置于溶剂中混合，之后加入石墨烯纳米粒子，再继续进行搅拌，待混合均匀后，将其倒入到模具中，在无氧条件下，挥发和干燥，得到动态热可逆可重塑的石墨烯/聚硅氧烷纳米复合材料。