CN104530775A - 一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于增韧环氧模塑料的石墨烯纳米填料的制备方法。本方法以氧化石墨烯为原料，利用烷基胺还原改性制备得到石墨烯纳米填料。通过在石墨烯片层上引入烷基链段可以防止石墨烯的团聚同时提升了石墨烯纳米填料在树脂中的分散性，而且引入的不同长度的烷基链段能够有效地降低环氧树脂的内摩擦作用，提升熔体的流动性。该方法工艺简单，成本低廉，在环氧模塑料配方中添加一定量的本技术方案制备的纳米填料可以降低模塑料的脆性具有较好的增韧效果。

Description

一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法

技术领域：

本发明属于石墨烯表面改性及环氧模塑料制备技术领域，具体涉及一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法。

背景技术：

环氧模塑料是由环氧树脂，固化剂，促进剂以及各种填料添加剂组成的，具有良好热稳定性，绝缘性，力学性能以及导热等性能的封装材料。其成型工艺简单，成本低廉，广泛用于各种电器元件的封装，是目前最重要的电子材料之一。但是，由于环氧模塑料高度交联的特性，导致了其内应力大，冲击强度低，易开裂等缺点。因此必须对环氧树脂进行增韧改性。

石墨烯是一种由碳原子以SP³杂化轨道组成六角形晶格的片状新材料，具有优异的耐热性、机械性能、电性能、传输性能、气体屏障性能及热电性能。由于在聚合物复合材料方面，石墨烯可以与基体树脂进行复合，从而大幅度地提升材料的拉升强度，抗冲击性能以及导热导电性能，因此，石墨烯被视作为一种优异的纳米填料。然而，单纯的石墨烯用于改性树脂时，由于石墨烯纳米片层之间存在着强烈的分子间作用力，导致石墨烯片层容易团聚，难以在树脂中分散，最终导致宏观的沉降。这就会大幅度降低石墨烯填料对树脂的增韧增强作用。为了解决这个问题，就需要对石墨烯表面改性，提升其在树脂中的分散稳定性。石蜡或者PE蜡是常用的环氧增韧剂，在配方中加入一定量的石蜡可以有效地降低内摩擦生热，同时蜡类物质具有润滑作用可以降低熔体粘度，提升流动性。鉴于此，本发明采用有机烷基胺对石墨烯进行表面改性，通过在石墨烯表面引入烷基链段可以防止石墨烯片层之间发生团聚，同时提升了石墨烯纳米填料在树脂中的分散性；而且通过引入不同长度的烷基链段能够有效地提升熔体的流动性并且降低环氧树脂的脆性最终达到对环氧树脂增韧的效果。

发明内容：

本发明的目的在于：提供一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法。利用烷基胺改性氧化石墨烯使得石墨烯表面带有长链烷基链段，进而提高材料对环氧树脂的增韧改性能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法，具体步骤如下：

(1)利用改进的Hummers方法制备得到氧化石墨烯；

(2)将步骤(1)制备的氧化石墨烯超声分散在去离子水中，浓度为1mg/mL并置于回流装置中；

(3)将烷基胺溶于无水乙醇中，配置成浓度为4mg/mL的溶液并逐滴滴加至步骤(2)中的氧化石墨烯水溶液中；

(4)当步骤(3)中的烷基胺溶液滴加完毕后，于90摄氏度冷凝回流24小时；

(5)回流结束后，用有机滤膜过滤，产物用乙醇洗涤再次过滤后得到改性石墨烯纳米填料。

利用本技术方案制备的石墨烯纳米填料用于增韧环氧模塑料，其用量占环氧模塑料配方总量的0.1％～5％。

与现有技术相比，本发明的有点如下：

(1)本发明方法制备的环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料设备工艺简单、成本低廉、原料毒性较低、适合大规模生产；

(2)本发明方法制备的环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料用于增强环氧模塑料具有良好的分散性，同时能有效提升环氧模塑料的热稳定性以及机械性能。

具体实施方式：

以下所列实施例和应用例是为更具体的说明本发明，但本发明并不仅局限于该处所列实施例和应用例。

实施例1：

称取0.2克氧化石墨烯于500毫升的三口烧瓶中，加入200毫升去离子水，超声30分钟溶解。超声结束后将烧瓶置入90摄氏度油浴锅中机械搅拌回流。称取0.8克十八胺溶于200毫升的无水乙醇中并逐滴滴加至氧化石墨烯水溶液中。30分钟滴加完毕后反应于90摄氏度搅拌回流24小时。反应结束将产物过450nm的聚丙烯微孔薄膜，所得滤饼加入200毫升无水乙醇超声分散10分钟后再次用450nm聚丙烯微孔薄膜过滤。真空干燥得到环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料。

实施例2：

称取1克氧化石墨烯于500毫升的三口烧瓶中，加入500毫升去离子水，超声30分钟溶解。超声结束后将烧瓶置入70摄氏度油浴锅中机械搅拌回流。称取2克十八胺溶于500毫升的无水乙醇中并逐滴滴加至氧化石墨烯水溶液中。30分钟滴加完毕后反应于70摄氏度搅拌回流36小时。反应结束将产物过450nm的聚丙烯微孔薄膜，所得滤饼加入500毫升无水乙醇超声分散10分钟后再次用450nm聚丙烯微孔薄膜过滤。真空干燥得到环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料。

Claims (5)

1.一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法，其特征在于如下步骤，

石墨烯纳米填料的制备：首先，将氧化石墨烯超声分散于去离子水中并加热回流；其次，将烷基胺溶液并滴加至氧化石墨烯溶液中；最后，反应结束后洗涤过滤制备得到改性石墨烯纳米填料。

2.根据权利要求1所述的一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法，其特征在于：所用烷基胺可以是正己胺、十二胺或十八胺中的一种或者几种混合。

3.根据权利要求1所述的一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法，其特征在于：氧化石墨烯与烷基胺的质量比4∶1～1∶4。

4.根据权利要求1所述的一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法，其特征在于：所述的制备条件为60～100℃，12～36小时。

5.根据权利要求1所述的一种环氧模塑料改性用石墨烯纳米填料的制备方法，其特征在于：溶解烷基胺的溶剂可以是无水乙醇、无水甲醇、二氧六环、四氢呋喃中的一种或者几种混合。