CN110294915A - 石墨烯原位改性环氧sbs树脂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子技术领域,尤其涉及一种石墨烯原位改性环氧SBS树脂及其制备方法。石墨烯原位改性环氧SBS树脂的原材料包括石墨烯和环氧SBS树脂,石墨烯为氨基功能化石墨烯;环氧SBS树脂为在一定条件下由SBS树脂环氧化而得,为热塑性弹性体聚苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物。对氧化石墨烯进行氨基化改性,在其表面引入伯氨基,通过与环氧SBS树脂上的环氧基之间的反应,达到石墨烯原位改性环氧SBS树脂的目的。这样使得石墨烯与SBS两者之间形成稳定的共价键,利用石墨烯类材料良好的物理机械性能来达到对环氧SBS分子链的增强作用,进而表现出良好的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种SBS树脂,尤其涉及一种石墨烯原位改性环氧SBS树脂及其制备方法。
背景技术
石墨烯因具有高强度、高导热、高导电以及化学稳定性等优势,成为近几年研究与应用的热门材料。由于石墨烯是一种高度规整的二维碳结构材料,其表面不含有活性官能团,表现化学惰性;而氧化石墨烯是由石墨氧化剥离而得的,在保持石墨烯优异性能的同时,表面连接着多种活性含氧官能团,如羟基、羧基、环氧基等,这些官能团可以提供反应活性位点,从而使氧化石墨烯具有较强的化学活性,为制备功能性石墨烯提供可能。
SBS拥有众多优异性能,有在胶黏剂、塑料改性、沥青改性、防水材料、制鞋领域具有十分广泛的应用。但其自身也存在一些缺陷,如SBS的耐老化性能较差,对光、热、氧的作用敏感,尤其在紫外光照射下,会发生黄变、交联等影响其加工使用,这主要是SBS树脂结构中存在大量的碳碳不饱和双键引起的。
CN 104448868 A公开了一种基于氧化石墨烯的SBS改性沥青及其制备方法,在SBS改性沥青中加入氧化石墨烯粉体,获得良好的高温稳定性、高温抗车辙性、低温抗裂性、抗疲劳性和水稳定性,但存在氧化石墨烯粉体在基体中难以均匀分散,二次团聚现象。
鉴于此,如何在提高环氧SBS热稳定性的同时,改善石墨烯的分散状况,保留SBS原有的优势,是科研人员努力的方向。
发明内容
本发明旨在解决上述缺陷,提供一种石墨烯原位改性环氧SBS树脂及其制备方法。
为了克服背景技术中存在的缺陷,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:石墨烯原位改性环氧SBS树脂的原材料包括石墨烯和环氧SBS树脂,
所述石墨烯为氨基功能化石墨烯,氨基功能化石墨烯由氧化石墨烯改性而得;
所述环氧SBS树脂为在一定条件下由SBS树脂环氧化而得,为热塑性弹性体聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物,分子量为3-6万,苯乙烯质量含量为15-35%。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括所述环氧SBS树脂的环氧基的质量分数为3-25%。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括所述石墨烯质量占环氧SBS树脂质量的0.01-10%。
石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,该制备方法包括:
第一步,氨基功能化石墨烯的制备:
将氧化石墨烯粉体超声分散在一定体积的良性溶剂中;
将按质量比为1:0.1~10的二胺类化合物缓慢加至氧化石墨烯分散液中,于温度为40~150℃下回流反应,反应时间为2-48h,得到黑色分散液;
用无水乙醇充分洗涤得到的黑色分散液后,真空干燥并粉碎,得到氨基功能化石墨烯粉体;
第二步,石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备:
将环氧SBS树脂溶解于良性溶剂,
将氨基功能化石墨烯加入到溶液中,超声分散均匀后,于温度为40~120℃下回流反应,反应时间为2-48h,得到黑色有一定粘度液体;
黑色有一定粘度液体在乙醇中沉降,脱除多余溶剂得到石墨烯原位改性环氧SBS树脂。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括第一步中所述的良性溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的一种或多种混合体。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括第一步中所述的良性溶剂的用量为氧化石墨烯在良性溶剂中的分散浓度达到0.1~1.0 mg/mL。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括第一步中所述的二胺类化合物为脂肪族二胺,结构通式为NH2(CH2)nNH2,式中n的值为2-20的整数,优选n的值为2-12;还包括芳香族二胺。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括所述脂肪族二胺包括乙二胺(CAS:107-15-3)、1,3-丙二胺(CAS:109-76-2)、1,4-丁二胺(CAS:110-60-1)、1,5-二氨基戊烷(CAS:462-94-2)、1,6-己二胺(CAS:124-09-6)、1,7-二氨基庚烷(CAS:646-19-5)、1,8-二氨基辛烷(CAS:373-44-4)、1,9-二氨基壬烷(CAS:646-24-2)、1,10-二氨基癸烷(CAS:646-25-3)、1,11-二氨基十一烷(CAS:822-08-2)、1,12-二氨基十二烷(CAS:2783-17-7);
根据本发明的另一个实施例,进一步包括所述芳香族二胺包括4,4’-二氨基联苯(CAS:92-87-5)、对苯二胺(CAS:106-50-3)。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括第一步中所述的二胺类化合物的用量为氧化石墨烯粉体质量的10~120%。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括第二步中所述的良性溶剂为甲苯、环己烷、二甲苯、二氯乙烷、甲乙酮中一种或多种混合体。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括第二步中所述的氨基功能化石墨烯的用量为环氧SBS质量的0.01~20%。
根据本发明的另一个实施例,进一步包括第二步中所述的良性溶剂的用量为环氧SBS树脂在溶剂中的分散浓度达到0.01~1.0 g/mL。
本发明的有益效果是:为提高石墨烯与环氧SBS分子链的相互作用,对氧化石墨烯进行氨基化改性,在其表面引入伯氨基,通过与环氧SBS树脂上的环氧基之间的反应,达到石墨烯原位改性环氧SBS树脂的目的。这样使得石墨烯与SBS两者之间形成稳定的共价键,利用石墨烯类材料良好的物理机械性能来达到对环氧SBS分子链的增强作用,进而表现出良好的力学性能。
具体实施方式
石墨烯原位改性环氧SBS树脂的原材料包括石墨烯和环氧SBS树脂,这里的材料为原位聚合,区别于共混等直接添加的方式,其中:
石墨烯为氨基功能化石墨烯,氨基功能化石墨烯由氧化石墨烯改性而得;
环氧SBS树脂为在一定条件下由SBS树脂环氧化而得,为热塑性弹性体聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物,分子量为3-6万,苯乙烯质量含量为15-35%。
环氧SBS树脂的环氧基的质量分数为3-25%。
石墨烯质量占环氧SBS树脂质量的0.01-10%。
石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,该制备方法包括:
第一步,氨基功能化石墨烯的制备:
将氧化石墨烯粉体超声分散在一定体积的良性溶剂中;
将按质量比为1:0.1~10的二胺类化合物缓慢加至氧化石墨烯分散液中,于温度为40~150℃下回流反应,反应时间为2-48h,得到黑色分散液;
用无水乙醇充分洗涤得到的黑色分散液后,真空干燥并粉碎,得到氨基功能化石墨烯粉体;
第二步,石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备:
将环氧SBS树脂溶解于良性溶剂,
将氨基功能化石墨烯加入到溶液中,超声分散均匀后,于温度为40~120℃下回流反应,反应时间为2-48h,得到黑色有一定粘度液体;
黑色有一定粘度液体在乙醇中沉降,脱除多余溶剂得到石墨烯原位改性环氧SBS树脂。
第一步中所述的良性溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的一种或多种混合体。
第一步中所述的良性溶剂的用量为氧化石墨烯在良性溶剂中的分散浓度达到0.1~1.0 mg/mL。
第一步中所述的二胺类化合物为脂肪族二胺,结构通式为NH2(CH2)nNH2,式中n的值为2-20的整数;还包括芳香族二胺。
优选例
二胺类化合物为脂肪族二胺,结构通式为NH2(CH2)nNH2,式中n的值为2-12。
脂肪族二胺包括乙二胺(CAS:107-15-3)、1,3-丙二胺(CAS:109-76-2)、1,4-丁二胺(CAS:110-60-1)、1,5-二氨基戊烷(CAS:462-94-2)、1,6-己二胺(CAS:124-09-6)、1,7-二氨基庚烷(CAS:646-19-5)、1,8-二氨基辛烷(CAS:373-44-4)、1,9-二氨基壬烷(CAS:646-24-2)、1,10-二氨基癸烷(CAS:646-25-3)、1,11-二氨基十一烷(CAS:822-08-2)、1,12-二氨基十二烷(CAS:2783-17-7);
芳香族二胺包括4,4’-二氨基联苯(CAS:92-87-5)、对苯二胺(CAS:106-50-3)。
第一步中所述的二胺类化合物的用量为氧化石墨烯粉体质量的10~120%。
优选例
二胺类化合物的用量为氧化石墨烯粉体质量的50~100%。
第二步中所述的良性溶剂为甲苯、环己烷、二甲苯、二氯乙烷、甲乙酮中一种或多种混合体。
第二步中所述的氨基功能化石墨烯的用量为环氧SBS质量的0.01~20%。
优选例
氨基功能化石墨烯的用量为环氧SBS质量的0.1~5%。
第二步中所述的良性溶剂的用量为环氧SBS树脂在溶剂中的分散浓度达到0.01~1.0 g/mL。
优选例
良性溶剂的用量为环氧SBS树脂在溶剂中的分散浓度达到0.5~0.8 g/mL。
实施例1
第一步,氨基功能化石墨烯制备:
称取0.5g氧化石墨烯超声分散在1000mL水中,氧化石墨烯浓度为0.5mg/mL;
称取0.25g的乙二胺,将其缓慢添加到氧化石墨烯分散液中,在80℃下反应24h,得到黑色分散液;
用无水乙醇充分洗涤得到的黑色分散液后,真空干燥粉碎,得到氨基功能化石墨烯粉体;
第二步,石墨烯原位改性环氧SBS树脂:
称取0.2 g的环氧SBS树脂溶解于400 ml的二氯甲烷中,环氧SBS树脂浓度为0.5mg/mL;
称取0.006g氨基功能化石墨烯,将其添加到环氧SBS树脂的二氯甲烷溶液中,超声分散均匀,并在70℃下回流反应24h,得到黑色有一定粘度液体;
将得到的黑色液体在乙醇中沉降,脱除多余溶剂得到石墨烯原位改性环氧SBS树脂。
实施例2
第一步,氨基功能化石墨烯制备:
称取0.2 g氧化石墨烯超声分散在200 mL N,N-二甲基甲酰胺中,氧化石墨烯浓度为1mg/mL;
称取0.2 g的1,6-己二胺,将其缓慢添加到氧化石墨烯分散液中,在130℃下反应8h,得到黑色分散液;
用无水乙醇充分洗涤得到的黑色分散液后,真空干燥粉碎,得到氨基功能化石墨烯粉体;
第二步,石墨烯原位改性环氧SBS树脂:
称取0.2 g的环氧SBS树脂溶解于250 ml的环己烷中,环氧SBS树脂浓度为0.8mg/mL;
称取0.002g氨基功能化石墨烯,将其添加到环氧SBS树脂的环己烷溶液中,超声分散均匀,并在100℃下回流反应8h,得到黑色有一定粘度液体;
将得到的黑色液体在乙醇中沉降,脱除多余溶剂得到石墨烯原位改性环氧SBS树脂。
实施例3
第一步、氨基功能化石墨烯制备:
称取0.05 g氧化石墨烯超声分散在500 mL 四氢呋喃中,氧化石墨烯浓度为0.1 mg/mL;
称取0.06g的1,4-丁二胺,将其缓慢添加到氧化石墨烯分散液中,在150℃下反应8h,得到黑色分散液;
用无水乙醇充分洗涤得到的黑色分散液后,真空干燥粉碎,得到氨基功能化石墨烯粉体;
第二步、石墨烯原位改性环氧SBS树脂:
称取0.2 g的环氧SBS树脂溶解于200 ml的甲苯中,环氧SBS树脂浓度为1 mg/mL;
称取0.01g氨基功能化石墨烯,将其添加到环氧SBS树脂的甲苯溶液中,超声分散均匀,并在50℃下回流反应48 h,得到黑色有一定粘度液体;
将得到的黑色液体在乙醇中沉降,脱除多余溶剂得到石墨烯原位改性环氧SBS树脂。
对各实施例所得的石墨烯原位改性环氧SBS树脂进行了相关性能测试,测试方法采用150℃加速老化的实验法,在一定时间取出测试其拉伸性能,其中对比例为无石墨烯添加,测试结果见表1。
Claims (10)
1.一种石墨烯原位改性环氧SBS树脂,原材料包括石墨烯和环氧SBS树脂,其特征在于:
所述石墨烯为氨基功能化石墨烯,氨基功能化石墨烯由氧化石墨烯改性而得;
所述环氧SBS树脂为在一定条件下由SBS树脂环氧化而得,为热塑性弹性体聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物,分子量为3-6万,苯乙烯质量含量为15-35%。
所述环氧SBS树脂的环氧基的质量分数为3-25%。
所述石墨烯质量占环氧SBS树脂质量的0.01-10%。
2.如权利要求1所述的石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,其特征在于:该制备方法包括:
第一步,氨基功能化石墨烯的制备:
将氧化石墨烯粉体超声分散在一定体积的良性溶剂中;
将按质量比为1:0.1~10的二胺类化合物缓慢加至氧化石墨烯分散液中,于温度为40~150℃下回流反应,反应时间为2-48h,得到黑色分散液;
用无水乙醇充分洗涤得到的黑色分散液后,真空干燥并粉碎,得到氨基功能化石墨烯粉体;
第二步,石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备:
将环氧SBS树脂溶解于良性溶剂,
将氨基功能化石墨烯加入到溶液中,超声分散均匀后,于温度为40~120℃下回流反应,反应时间为2-48h,得到黑色有一定粘度液体;
黑色有一定粘度液体在乙醇中沉降,脱除多余溶剂得到石墨烯原位改性环氧SBS树脂。
3.如权利要求2所述的石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,其特征在于:第一步中所述的良性溶剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、1,4-二氧六环中的一种或多种混合体。
4.如权利要求2所述的石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,其特征在于:第一步中所述的良性溶剂的用量为氧化石墨烯在良性溶剂中的分散浓度达到0.1~1.0 mg/mL。
5.如权利要求2所述的石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,其特征在于:第一步中所述的二胺类化合物为脂肪族二胺,结构通式为NH2(CH2)nNH2,式中n的值为2-20的整数;还包括芳香族二胺。
6.如权利要求5所述的石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,其特征在于:所述脂肪族二胺包括乙二胺(CAS:107-15-3)、1,3-丙二胺(CAS:109-76-2)、1,4-丁二胺(CAS:110-60-1)、1,5-二氨基戊烷(CAS:462-94-2)、1,6-己二胺(CAS:124-09-6)、1,7-二氨基庚烷(CAS:646-19-5)、1,8-二氨基辛烷(CAS:373-44-4)、1,9-二氨基壬烷(CAS:646-24-2)、1,10-二氨基癸烷(CAS:646-25-3)、1,11-二氨基十一烷(CAS:822-08-2)、1,12-二氨基十二烷(CAS:2783-17-7);
所述芳香族二胺包括4,4’-二氨基联苯(CAS:92-87-5)、对苯二胺(CAS:106-50-3)。
7.如权利要求2所述的石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,其特征在于:第一步中所述的二胺类化合物的用量为氧化石墨烯粉体质量的10~120%。
8.如权利要求2所述的石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,其特征在于:第二步中所述的良性溶剂为甲苯、环己烷、二甲苯、二氯乙烷、甲乙酮中一种或多种混合体。
9.如权利要求2所述的石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,其特征在于:第二步中所述的氨基功能化石墨烯的用量为环氧SBS质量的0.01~20%。
10.如权利要求2所述的石墨烯原位改性环氧SBS树脂的制备方法,其特征在于:第二步中所述的良性溶剂的用量为环氧SBS树脂在溶剂中的分散浓度达到0.01~1.0 g/mL。
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GR01 | Patent grant | ||
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