CN106589461B - 异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法 - Google Patents

异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法，将异氰尿酸三缩水甘油酯和乳酸混合反应，得到改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液；将氧化石墨烯加入N‑N二甲基甲酰胺或乙腈中，超声处理得到分散液；将分散液和改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液混合，反应，得到异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料。本发明中氧化石墨烯表面具有大量的含氧官能团，能与经过改性的有机分子异氰尿酸三缩水甘油酯发生亲核反应，因此得到了经过功能化的具有有机链的氧化石墨烯，因此在有机溶剂中分散性较好，能改善其在树脂基复合材料中的分散。

Description

异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料表面整饰工艺技术领域，具体涉及一种异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法。
背景技术
氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，它是石墨烯的氧化物，经由强酸氧化而得，其上含氧官能团增多，表面存在共价键结合的大量羟基、羧基等含氧官能团，可为各类化学反应提供反应位点，与石墨烯相比较其润湿性和表面活性更好，能被小分子或聚合物插层后剥离，可以通过表面修饰将其转换为光、电活性材料，还可与其他功能性纳米材料复合，得到性能优异的复合型功能纳米材料。目前氧化石墨烯最广泛的应用是与高分子材料复合，但氧化石墨烯在大多有机溶剂中分散性很差甚至不能溶解，因此若将有机物接枝在氧化石墨烯上，利用相似相容原理，就能增强氧化石墨烯在有机溶剂中的分散性，进而避免互相团聚。
发明内容
本发明的目的是提供一种异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法，该方法得到的复合材料可以稳定分散于丙酮，乙醇等有机溶剂中。
本发明所采用的技术方案是，异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，将1～6质量份异氰尿酸三缩水甘油酯和2～9质量份乳酸混合反应，得到改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液；
步骤2，将氧化石墨烯加入N-N二甲基甲酰胺或乙腈中，超声处理得到分散液；
步骤3，将步骤2得到的分散液和步骤1得到的改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液混合，反应，得到异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料。
本发明的特点还在于，
步骤1中反应温度为110℃～120℃，反应时间为6～9h，反应在干燥氮气保护下进行。
步骤2中氧化石墨烯的制备过程为：按质量份分别称取天然鳞片石墨1～3质量份、浓硫酸20～50质量份，高锰酸钾2～4质量份、去离子水100～300质量份、双氧水5～20质量份；将天然鳞片石墨和浓硫酸混合，充分搅拌15～60min，20℃以下冰浴下加入高锰酸钾进行反应1.5～6h；再撤掉冰浴温度控制在30～40℃，反应20～60min，加入去离子水，反应10～40min，再加入双氧水，反应10～40min，离心洗涤，得到氧化石墨烯。
步骤2中超声频率为40KHz，处理时间为5～20min。
步骤3中分散液为0.1～3质量份，改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液为1～4质量份。
步骤3中反应温度为60℃～90℃，时间为1.5～15h。
本发明的有益效果是，本发明异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料以天然鳞片石墨为原材料，通过氧化插层、离心洗涤等步骤制得氧化石墨烯；接着通过化学开环处理异氰尿酸三缩水甘油酯得到具有活泼羟基的有机分子，再将氧化石墨烯与有机分子连接在一起，得到本复合材料。该生产工艺稳定，操作简单，质量可靠，适合工业化大规模生产。
本发明中氧化石墨烯表面具有大量的含氧官能团，能与经过改性的有机分子异氰尿酸三缩水甘油酯发生亲核反应，因此得到了经过功能化的具有有机链的氧化石墨烯，因此在有机溶剂中分散性较好，能改善其在树脂基复合材料中的分散。
附图说明
图1是本发明制备的异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料宏观下标尺为2μm透射电子显微镜图；
图2是本发明制备的异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料微观下标尺为200nm透射电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1，按质量份分别称取天然鳞片石墨1～3质量份、浓硫酸20～50质量份，高锰酸钾2～4质量份、去离子水100～300质量份、双氧水5～20质量份；将天然鳞片石墨和浓硫酸混合，充分搅拌15～60min，20℃以下冰浴下加入高锰酸钾进行反应1.5～6h；再撤掉冰浴温度控制在30～40℃，反应20～60min，加入去离子水，反应10～40min，再加入双氧水，反应10～40min，离心洗涤，得到氧化石墨烯；
步骤2，将1～6质量份异氰尿酸三缩水甘油酯和2～9质量份乳酸混合，在干燥氮气保护、110℃～120℃下反应6～9h，得到改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液；
步骤3，将氧化石墨烯加入N-N二甲基甲酰胺或乙腈中，40KHz下超声处理5～20min，得到分散液；
步骤4，将步骤3得到的分散液0.1～3质量份和步骤2得到的改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液1～4质量份混合，60℃～90℃下反应1.5～15h，得到异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料。
由图1可以看出，在本发明制备得到的异氰尿酸三缩水甘油酯-氧化石墨烯复合材料上，异氰尿酸三缩水甘油酯有机分子致密地分布在氧化石墨烯表面，表明异氰尿酸三缩水甘油酯分子与氧化石墨烯表面的活泼官能团经过反应成功接枝在一起。图2中，由于活泼基团和异氰尿酸三缩水甘油酯之间价键的影响，在链接部位氧化石墨烯会产生一些皱褶。
实施例1
步骤1，按质量份分别称取天然鳞片石墨1质量份、浓硫酸20质量份，高锰酸钾3质量份、去离子水200质量份、双氧水20质量份；将天然鳞片石墨和浓硫酸混合，充分搅拌15min，20℃以下冰浴下加入高锰酸钾进行反应3h；再撤掉冰浴温度控制在30℃，反应20min，加入去离子水，反应25min，再加入双氧水，反应10min，离心洗涤，得到氧化石墨烯；
步骤2，将1质量份异氰尿酸三缩水甘油酯和5质量份乳酸混合，在干燥氮气保护、110℃下反应6h，得到改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液；
步骤3，将氧化石墨烯加入N-N二甲基甲酰胺或乙腈中，40KHz下超声处理5min，得到分散液；
步骤4，将步骤3得到的分散液0.1质量份和步骤2得到的改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液1质量份混合，60℃下反应1.5h，得到异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料。
实施例2
步骤1，按质量份分别称取天然鳞片石墨2质量份、浓硫酸35质量份，高锰酸钾4质量份、去离子水300质量份、双氧水5质量份；将天然鳞片石墨和浓硫酸混合，充分搅拌40min，20℃以下冰浴下加入高锰酸钾进行反应1.5h；再撤掉冰浴温度控制在35℃，反应40min，加入去离子水，反应10min，再加入双氧水，反应25min，离心洗涤，得到氧化石墨烯；
步骤2，将4质量份异氰尿酸三缩水甘油酯和9质量份乳酸混合，在干燥氮气保护、115℃下反应7.5h，得到改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液；
步骤3，将氧化石墨烯加入N-N二甲基甲酰胺或乙腈中，40KHz下超声处理12min，得到分散液；
步骤4，将步骤3得到的分散液1.5质量份和步骤2得到的改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液1.5质量份混合，75℃下反应9h，得到异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料。
实施例3
步骤1，按质量份分别称取天然鳞片石墨3质量份、浓硫酸50质量份，高锰酸钾2质量份、去离子水100质量份、双氧水12质量份；将天然鳞片石墨和浓硫酸混合，充分搅拌60min，20℃以下冰浴下加入高锰酸钾进行反应6h；再撤掉冰浴温度控制在40℃，反应60min，加入去离子水，反应40min，再加入双氧水，反应40min，离心洗涤，得到氧化石墨烯；
步骤2，将6质量份异氰尿酸三缩水甘油酯和2质量份乳酸混合，在干燥氮气保护、120℃下反应9h，得到改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液；
步骤3，将氧化石墨烯加入N-N二甲基甲酰胺或乙腈中，40KHz下超声处理20min，得到分散液；
步骤4，将步骤3得到的分散液3质量份和步骤2得到的改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液4质量份混合，90℃下反应15h，得到异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料。

Claims (4)

1.异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1，在干燥氮气保护下，将1～6质量份异氰尿酸三缩水甘油酯和2～9质量份乳酸混合反应，反应温度为110℃～120℃，反应6～9h得到改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液；
步骤2，将氧化石墨烯加入N-N二甲基甲酰胺中，超声处理得到分散液；
步骤3，将步骤2得到的0.1～3质量份分散液和步骤1得到的1～4质量份改性的异氰尿酸三缩水甘油酯溶液混合，反应，得到异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中氧化石墨烯的制备过程为：按质量份分别称取天然鳞片石墨1～3质量份、浓硫酸20～50质量份，高锰酸钾2～4质量份、去离子水100～300质量份、双氧水5～20质量份；将天然鳞片石墨和浓硫酸混合，充分搅拌15～60min，20℃以下冰浴下加入高锰酸钾进行反应1.5～6h；再撤掉冰浴温度控制在30～40℃，反应20～60min，加入去离子水，反应10～40min，再加入双氧水，反应10～40min，离心洗涤，得到氧化石墨烯。
3.根据权利要求1或2所述的异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2中超声频率为40KHz，处理时间为5～20min。
4.根据权利要求1所述的异氰尿酸三缩水甘油酯/氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3中反应温度为60℃～90℃，时间为1.5～15h。
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