CN104047160A - 一种氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法 - Google Patents

一种氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法 Download PDF

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一种氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法，涉及一种芳纶纤维的表面改性方法。为了改善芳纶与基体材料之间的结合力，从而提高复合材料的性能，所述方法步骤如下：一、氨基化氧化石墨烯的制备；二、多巴胺改性芳纶纤维；三、氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维。本发明的氧化石墨烯接枝改性芳纶纤维是将氧化石墨烯接枝至多巴胺修饰的芳纶纤维上得到的；本发明利用席夫碱反应，借助具有大量活性基团的聚多巴胺涂层，将表面具有丰富氨基的氧化石墨烯接枝到多巴胺改性的芳纶纤维表面，具有无需高温加热，简单易行，环保无毒，对芳纶纤维无损伤等特点。本方法可得到表面均匀覆盖氧化石墨烯的芳纶纤维，该纤维与树脂基体的界面性能可得到明显改善。

Description

一种氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法
技术领域
本发明涉及一种芳纶纤维的表面改性方法，尤其是一种芳纶纤维的无损改性方法。
背景技术
芳纶纤维 (Aramid fiber)，是一种新型高科技合成纤维，具有高拉伸强度、高拉伸模量、低密度、耐磨、耐冲击、抗疲劳、尺寸稳定等优异的力学性能；但是其表面呈现化学惰性，同时结晶度很高，无无定形区，还有苯环的大位阻作用使得酰胺基团上的氢很难与其他原子反应；另外，纤维表面光滑，与基体无物理啮合点等，都导致了芳纶纤维浸润性差，与其他基体制造的复合材料的界面粘结性差，层间剪切强度小，严重降低了了复合材料的性能。因此，有必要对芳纶纤维进行预处理。    
发明内容
为了改善芳纶与基体材料之间的结合力，从而提高复合材料的性能，本发明提供了一种无损的、操作方便的氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
一种氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法，包括以下步骤：
一、氨基化氧化石墨烯的制备
通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯加入到水溶液中，超声处理30~60min，配制成0.01~1g/L的氧化石墨烯悬浮液，加入一定量的胺类还原剂，一定温度下，机械搅拌反应6~24h，清洗、干燥，制备出氨基化的氧化石墨烯。
二、多巴胺改性芳纶纤维
将芳纶纤维用丙酮抽提24~48h，除去其表面的上浆剂，清洗、干燥、备用。配置pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液，加入多巴胺盐酸盐，配置浓度为0.5~6g/L的多巴胺溶液，将芳纶纤维加入多巴胺溶液中，芳纶纤维的加入量以不团聚为好，浸渍10~24h，用去离子水清洗，干燥，得到多巴胺改性的芳纶纤维。
三、氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维
配置pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液，加入一定量氨基化的氧化石墨烯，配置出浓度为0.01~1g/L的氨基化氧化石墨烯溶液，将多巴胺改性的芳纶纤维加入上述溶液中，一定温度下，反应10~24h，得到氧化石墨烯表面接枝改性的芳纶纤维。
上述方法中，所述氧化石墨烯是通过强氧化剂对天然石墨进行氧化处理所得到，对氧化剂的种类不做限定。
上述方法中，所述胺类还原剂为乙二胺、丙二胺、丁二胺、对苯二胺中的一种。
上述方法中，所述胺类还原剂与氧化石墨烯的质量比为50:1~200:1。
上述方法中，所述步骤一中的“一定温度下”指的是30~100℃。
上述方法中，所述步骤三中的“一定温度下”指的是15~50℃。
本发明的氧化石墨烯接枝改性芳纶纤维是将氧化石墨烯接枝至多巴胺修饰的芳纶纤维上得到的；本发明利用席夫碱反应，借助具有大量活性基团的聚多巴胺涂层，将表面具有丰富氨基的氧化石墨烯接枝到多巴胺改性的芳纶纤维表面，具有无需高温加热，简单易行，环保无毒，对芳纶纤维无损伤等特点。本方法可得到表面均匀覆盖氧化石墨烯的芳纶纤维，该纤维与树脂基体的界面性能可得到明显改善。
附图说明
图1为实施例1得到的氧化石墨烯表面接枝改性的芳纶纤维的扫描电镜图片；
图2为图1的放大图；
图3为实施例2得到的氧化石墨烯表面接枝改性的芳纶纤维的扫描电镜图片；
图4为图3的放大图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1
本实施例是通过以下方式进行的：
一、氨基化氧化石墨烯的制备
通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯，将制备的氧化石墨烯加入到水溶液中，超声处理30~60min，配制成1g/L的氧化石墨烯悬浮液，加入10ml乙二胺，40℃下，机械搅拌反应24h，清洗、干燥，制备出氨基化的氧化石墨烯。
二、多巴胺改性芳纶纤维
将芳纶纤维用丙酮抽提24h，除去其表面的上浆剂，清洗、干燥、备用。配置pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液，加入多巴胺盐酸盐，配置浓度为2g/L的多巴胺溶液，将芳纶纤维加入多巴胺溶液中，浸渍24h，用去离子水清洗，干燥，得到多巴胺改性的芳纶纤维。
三、氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维
配置pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液，加入一定量氨基化的氧化石墨烯，配置出浓度为1g/L的氨基化氧化石墨烯溶液，将步骤二获得的多巴胺改性的芳纶纤维加入上述溶液中，25℃下反应24h，得到氧化石墨烯表面接枝改性的芳纶纤维，其扫描电镜图片如图1和2所示。
实施例2
本实施例与实施例1不同的是，步骤一中的反应温度为60℃。本实施例得到的氧化石墨烯表面接枝改性的芳纶纤维的扫描电镜图片如图3和4所示。

Claims (6)

1.一种氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法，其特征在于所述方法步骤如下：
一、氨基化氧化石墨烯的制备
将氧化石墨烯加入到水溶液中，超声处理30~60min，然后加入胺类还原剂，在30~100℃的温度下，机械搅拌反应6~24h，清洗、干燥，制备出氨基化的氧化石墨烯；
二、多巴胺改性芳纶纤维
将芳纶纤维用丙酮抽提24~48h，除去其表面的上浆剂，清洗、干燥、备用；配置pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液，加入多巴胺盐酸盐，将芳纶纤维加入多巴胺溶液中，浸渍10~24h，用去离子水清洗，干燥，得到多巴胺改性的芳纶纤维；
三、氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维
配置pH=8.5的Tris-HCl缓冲溶液，加入氨基化的氧化石墨烯，将步骤三得到的多巴胺改性的芳纶纤维加入上述溶液中，在15~50℃的温度下反应10~24h，得到氧化石墨烯表面接枝改性的芳纶纤维。
2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法，其特征在于所述氧化石墨烯悬浮液的浓度为0.01~1g/L。
3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法，其特征在于所述胺类还原剂为乙二胺、丙二胺、丁二胺、对苯二胺中的一种。
4.根据权利要求1或3所述的氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法，其特征在于所述胺类还原剂与氧化石墨烯的质量比为50:1~200:1。
5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法，其特征在于所述多巴胺溶液的浓度为0.5~6g/L。
6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯表面接枝改性芳纶纤维的方法，其特征在于所述氨基化氧化石墨烯溶液的浓度为0.01~1g/L。
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