CN101987908B - 一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，环氧树脂与石墨烯水溶液按配比相混合，温度控制在60～120℃，搅拌5～60分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续在80～150℃搅拌反应2～12小时，加入环氧树脂固化剂，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时；所用的环氧树脂是双官能团双酚A类环氧树脂或多官能团环氧树脂。水相反应无环境污染，上层水可回收利用，操作过程简便且负载量可控，易于大批量制备及合成。所制备的石墨烯-环氧树脂复合材料单分散性好，比环氧树脂材料，本发明制备的石墨烯-环氧树脂复合材料的硬度增加了超过50％，而耐冲击性增加了近12倍。

Description

一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法
技术领域
本发明公开了一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法。
背景技术
环氧树脂是由含有2个以上环氧基的分子聚合而成的低聚物，可与固化剂反应形成三维网状热固性塑料。环氧树脂具有优良的粘结、耐腐蚀、绝缘等性能，广泛应用于粘合剂、涂料、电气绝缘材料以及复合材料中。由于环氧树脂复合材料具有强度较高、密度低的特点，已经逐渐成为工业领域不可缺少的基础材料之一。因其固化物具有粘接力强、电绝缘性能好、稳定性强和收缩率小等优良特性，已在涂料、电子电气、复合材料和粘接等领域获得广泛的应用。另外通过选用不同的固化剂、改性剂、增韧剂和填料或颜料，还可以使环氧树脂获得各种需要的特异性能，从而大大开拓了环氧树脂的应用范围，使它的应用面非常广阔。环氧树脂复合材料的缺点是比较脆，其耐疲劳性、耐热性、耐冲击性等也比较差，使其应用受到了很大的限制。
石墨烯是由单层碳原子紧密排列成二维六角结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料，如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨的基本单元，是目前已知世界上强度最高的材料。(ChangguLee，Xiaoding Wei，Jefferey W.Kysar，James Hone，“Measuremnt of theElastic Properties and Intrinsic Strength of Monolayer Graphene”，Science，2008，321，385-388)。将石墨烯用作环氧树脂的改性材料，可大大提高环氧树脂的韧性、耐疲劳性、耐冲击性等，具有极其重要的应用价值。关于石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法较少，已有的方法采用有机溶剂丙酮做反应介质，制备方法较为复杂且存在环境污染。(Jiajie Liang，Yan Wang，Yi Huang，“Fluorination effects of carbonblack additives for electrical properties and EMI shielding efficiency byimproved dispersion and adhesion”，Carbon，2009，47，922-925)。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，其步骤和条件如下：
环氧树脂与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶0.5～3相混合，温度控制在60～120℃，搅拌5～60分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续在80～150℃搅拌反应2～12小时，加入环氧树脂固化剂，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料；所用的环氧树脂是双官能团双酚A类环氧树脂或多官能团环氧树脂。
有益效果：本发明提供的一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，水相反应无环境污染，上层水可回收利用，操作过程简便且负载量可控，易于大批量制备及合成。所制备的石墨烯-环氧树脂复合材料单分散性好，相比于常规的环氧树脂材料，本发明制备的石墨烯-环氧树脂复合材料的硬度增加了超过50％，而耐冲击性增加了近12倍。
附图说明
图1是环氧树脂(A)与实施例1中的石墨烯-环氧树脂复合材料(B)的扫描电镜照片。右上角的插图分别为两种材料的高倍扫描电镜照片。
图2的下图是环氧树脂与实施例1中制备的石墨烯-环氧树脂复合材料的力学性能比较图。上图中(a)是压缩破坏应力图；(b)是拉伸应力图；(c)是硬度测试图。由图可知本发明制备的石墨烯-环氧树脂复合材料的硬度增加了超过50％，而耐冲击性增加了近12倍。
具体实施方式
实施例1：
双酚A类环氧树脂E51与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶0.5相混合，温度控制在120℃，搅拌5分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续在80℃搅拌反应12小时，加入环氧树脂固化剂H-1618(石家庄惠利化工有限公司，中国河北石家庄)，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
实施例2：
双酚A类环氧树脂E44与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶1相混合，温度控制在100℃搅拌10分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热90℃搅拌反应10小时，加入环氧树脂固化剂H-1618(石家庄惠利化工有限公司，中国河北石家庄)，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
实施例3：
三官能团环氧树脂TDE-85与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶1.5相混合，(三官能团环氧树脂TDE-85，天津津东化工厂，中国天津)，温度控制在90℃搅拌20分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热100℃搅拌反应8小时，加入环氧树脂固化剂H-1618(石家庄惠利化工有限公司，中国河北石家庄)，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
实施例4：
四官能团环氧树脂AG-80与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶2相混合，(四官能团环氧树脂AG-80，上海市合成树脂研究所，中国上海)，温度控制在80℃搅拌30分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热110℃搅拌反应6小时，加入环氧树脂固化剂H-1618(石家庄惠利化工有限公司，中国河北石家庄)，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
实施例5：
双酚A类环氧树脂E51与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶2.4相混合，温度控制在70℃搅拌50分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热130℃搅拌反应4小时，加入环氧树脂固化剂H-1618(石家庄惠利化工有限公司，中国河北石家庄)，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
实施例6：
双酚A类环氧树脂E51与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶3相混合，温度控制在60℃搅拌60分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热150℃搅拌反应2小时，加入环氧树脂固化剂H-1618(石家庄惠利化工有限公司，中国河北石家庄)，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。

Claims (7)

1.一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于步骤和条件如下：
环氧树脂与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶0.5～3相混合，温度控制在60～120℃，搅拌5～60分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续在80～150℃搅拌反应2～12小时，加入环氧树脂固化剂，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料；所用的环氧树脂是多官能团环氧树脂。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
双酚A类环氧树脂E51与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶0.5相混合，温度控制在120℃搅拌5分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续在80℃搅拌反应12小时，加入环氧树脂固化剂H-1618，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
3.如权利要求1所述的一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
双酚A类环氧树脂E44与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶1相混合，温度控制在100℃搅拌10分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热90℃搅拌反应10小时，加入环氧树脂固化剂H-1618，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
4.如权利要求1所述的一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
三官能团环氧树脂TDE-85与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶1.5相混合，温度控制在90℃搅拌20分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热100℃搅拌反应8小时，加入环氧树脂固化剂H-1618，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
5.如权利要求1所述的一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
四官能团环氧树脂AG-80与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶2相混合，温度控制在80℃搅拌30分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热110℃搅拌反应6小时，加入环氧树脂固化剂H-1618，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
6.如权利要求1所述的一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
双酚A类环氧树脂E51与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶2.4相混合，温度控制在70℃搅拌50分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热130℃搅拌反应4小时，加入环氧树脂固化剂H-1618，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
7.如权利要求1所述的一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤和条件如下：
双酚A类环氧树脂E51与0.3mg/mL的石墨烯水溶液以体积比1∶3相混合，温度控制在60℃搅拌60分钟，静止30分钟分层，将上层水溶液倒出，下层石墨烯-环氧树脂继续加热150℃搅拌反应2小时，加入环氧树脂固化剂H-1618，并于100℃固化1小时，再于150℃下固化2小时，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
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