CN112010885B - 一种3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法 - Google Patents
一种3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112010885B CN112010885B CN202010885196.2A CN202010885196A CN112010885B CN 112010885 B CN112010885 B CN 112010885B CN 202010885196 A CN202010885196 A CN 202010885196A CN 112010885 B CN112010885 B CN 112010885B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene oxide
- mercaptopropyltriethoxysilane
- tetrahydrofuran
- modified graphene
- nitrocotton
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical class [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 158
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 title claims abstract description 157
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 46
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 96
- -1 3-mercapto propyl triethoxysilane modified graphene Chemical class 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 120
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 45
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 37
- DCQBZYNUSLHVJC-UHFFFAOYSA-N 3-triethoxysilylpropane-1-thiol Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCS DCQBZYNUSLHVJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 21
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 19
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 18
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 4
- 239000000376 reactant Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 24
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 abstract description 3
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 24
- 238000001132 ultrasonic dispersion Methods 0.000 description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 14
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 12
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 6
- 239000003380 propellant Substances 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 125000003396 thiol group Chemical group [H]S* 0.000 description 5
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Chemical group 0.000 description 1
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910018557 Si O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002808 Si–O–Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000007259 addition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DUEPRVBVGDRKAG-UHFFFAOYSA-N carbofuran Chemical compound CNC(=O)OC1=CC=CC2=C1OC(C)(C)C2 DUEPRVBVGDRKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Inorganic materials [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07F—ACYCLIC, CARBOCYCLIC OR HETEROCYCLIC COMPOUNDS CONTAINING ELEMENTS OTHER THAN CARBON, HYDROGEN, HALOGEN, OXYGEN, NITROGEN, SULFUR, SELENIUM OR TELLURIUM
- C07F7/00—Compounds containing elements of Groups 4 or 14 of the Periodic Table
- C07F7/02—Silicon compounds
- C07F7/08—Compounds having one or more C—Si linkages
- C07F7/0834—Compounds having one or more O-Si linkage
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/194—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/15—Nano-sized carbon materials
- C01B32/182—Graphene
- C01B32/198—Graphene oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07B—GENERAL METHODS OF ORGANIC CHEMISTRY; APPARATUS THEREFOR
- C07B2200/00—Indexing scheme relating to specific properties of organic compounds
- C07B2200/11—Compounds covalently bound to a solid support
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本发明提供一种3‑巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物的制备方法，该方法是既改善了NC热性能，也降低了NC玻璃化温度的3‑巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物的制备方法。本发明制备得到的巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/NC复合物不仅可以改善NC的热性能，热分解温度提高0.2℃～5.3℃，还可以降低NC的玻璃化温度，降低0.1℃～0.7℃。
Description
技术领域
本发明属于含能材料领域，具体涉及一种巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物的制备方法。
背景技术
硝化棉(NC)作为传统的含能粘合剂，是双基推进剂的重要组分之一；在中小型火箭、导弹发动机装药中应用广泛。NC的热分解提供的能量远大于复合推进剂等推进剂中的粘结剂所提供的能量。同时，NC作为双基系固体推进剂的主要组分，其热分解对固体推进剂的能量水平有决定性的作用，提高NC的表观分解热，可以显著提高固体推进剂的能量水平。但由于NC分子链刚性较强等原因，NC的玻璃化温度较高，导致双基推进剂低温延伸率小，易脆化，限制了它的应用温度范围。
氧化石墨烯(GO)是一种重要的石墨烯衍生物，在复合材料领域有着独特的用途。其表面上存在大量的含氧基团，如羟基、羧基、环氧基等，可以通过共价或非共价的方法在氧化石墨烯表面进行功能化修饰，得到功能化氧化石墨烯，功能化后的改性氧化石墨烯可与橡胶、聚乙烯醇、壳聚糖等高分子形成作用力，用于改性高分子材料的特性，也可与纳米金属氧化物作用，用于太阳能电池。Xin Zhang等在Applied Physics Letters，2013，102：141905～141909《Direct laser initiation and improved thermal stability ofnitrocellulose/graphene oxide nanocomposites》利用溶剂-非溶剂法公开制备了GO/NC复合材料，研究了GO对NC热分解过程的影响。此方法是主要研究了GO/NC复合材料的燃烧速度，以及活化能对热分解温度的影响，并未给出GO对NC其它性能如玻璃化温度的相关技术启示。袁申等在含能材料，2017，25(3)：203～208《NGO/NC复合含能材料的制备及热分解性能》一文公开制备了硝基石墨烯(NGO)/NC复合含能材料，研究了NGO对NC热分解的催化性能。其中，NGO/NC复合物较NC而言，放热峰温度由201℃提高至213℃，质量损失为96％。但此方法主要是改善NC的热性能，提高了NC的放热峰温度，也未直接给出该方法对NC玻璃化温度影响的相关技术启示。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服背景技术中的不足和缺陷，提供一种既改善了NC热性能，也降低了NC玻璃化温度的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物的制备方法。
为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤1，制备3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯；
步骤2，将步骤1制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入四氢呋喃中，在20～35℃超声分散1～2h，其中3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯与四氢呋喃的用量比为10mg～60mg：20g～150g，得到3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯分散液；
步骤3，将NC加入到四氢呋喃中，在20～35℃的温度范围内搅拌1～2h，其中NC和四氢呋喃的用量比4.0g～6.0g：100g～200g，待NC完全溶解，得到NC与四氢呋喃混合溶液；
步骤4，将步骤1得到的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯分散液倒入硝化棉(NC)混合溶液中，在20～40℃下搅拌0.5～1h，待均匀后静置1～2个星期，在30～40℃下烘干2～4h得到相应的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物。
进一步地，所述的步骤1，制备3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯，具体包括如下步骤：
步骤1-1，将氧化石墨烯与四氢呋喃按照20～100mg：35.6g～222.5g进行混合；
步骤1-2，将步骤1-1得到的混合物，在20～35℃的温度范围内超声分散1～2h后，再加入3-巯基丙基三乙氧基硅烷，其中氧化石墨烯、四氢呋喃和3-巯基丙基三乙氧基硅烷，为20～100mg：35.6g～222.5g：3.76*10-3mg～2.82*10-2mg；
步骤1-3，将步骤1-2得到的混合反应物，在60～70℃的温度范围内搅拌反应6～10h，离心，洗涤，干燥，得到粉末状3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果：
3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/NC复合物不仅可以改善NC的热性能，热分解温度提高0.2℃～5.3℃，还可以降低NC的玻璃化温度，降低0.1℃～0.7℃。本发明能够有效降低硝化棉的玻璃化温度，可以拓宽其温度适应范围，有利于其在低温环境中的应用。
附图说明
图1是本发明的实施例制备原料NC的热分解图。
图2是本发明的实施例涉及的制备原料NC玻璃化温度图。
图3是本发明的实施例1制备的氧化石墨烯/NC复合物热分解图。
图4是本发明的实施例1制备的氧化石墨烯/NC复合物玻璃化温度图。
图5是本发明的实施例涉及的制备原料NC的SEM图。
图6是本发明的实施例1制备的氧化石墨烯/NC复合物SEM图。
图7是本发明的实施例涉及的制备原料NC红外图。
图8是本发明的实施例1制备的氧化石墨烯/NC复合物红外图。
图9是本发明的实施例15制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯红外图。
图10是本发明的实施例15制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯拉曼光谱图。
图11是实施例15制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯XPS图。
图12是实施例15制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯SEM图。
以下结合说明书附图及具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细说明。
具体实施方式
本发明所用的氧化石墨烯通过经销商北京百灵威科技有限公司购买。硝化棉(NC)，为西安近代化学研究所市售产品，其中氮含量11.2％～12％，热分解温度229.0℃，玻璃化温度-64.1℃。其中图1和2分别为本发明涉及实施例制备的原料NC的热分解图和玻璃化温度图。
第一部分关于巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备实施例
实施例1
将30mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入100g四氢呋喃中，在25℃超声分散1.5h；将NC4.0g加入到100g四氢呋喃中，在25℃内搅拌1.5h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，30℃下对体系搅拌1h，待均匀后倒入模具中。常温放置2个星期后，在35℃下烘干3h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物4.0g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为234.3℃，较NC提高了5.3℃，玻璃化温度为-64.8℃，较NC降低了0.7℃。其中图3和图4分别为实施例1制备的巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物的热分解图和玻璃化温度图。
结构分析
1.扫描电镜(SEM)分析
分析电镜结果，巯基功能化氧化石墨烯嵌在NC中，可以看见巯基功能化氧化石墨烯的片状结构和NC的胶状结构。图5是NC的SEM图。图6是实施例1制备的巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物的SEM图。
2.红外分析
巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物的红外图谱与/NC复合物的红外图谱相似，因为巯基功能化氧化石墨烯加入量少，其特征峰如Si-O键在红外中不明显，而其它的特征峰如羟基、羰基、烷氧基等官能团，NC中也有。图7是NC的红外图。图8是实施例1制备的巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物的红外图。
实施例2
将60mg3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入150g四氢呋喃中，在35℃超声分散2.0h，将NC6.0g加入到200g四氢呋喃中，在34℃搅拌2.0h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，39℃下对体系搅拌1h，待均匀后倒入模具中。常温放置2个星期后，在38℃下烘干4.0h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物6.0g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为234.1℃，玻璃化温度为-64.3℃。
实施例3
将55mg3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入125g四氢呋喃中，在33℃超声分散1.0h，将NC5.9g加入到190g四氢呋喃中，在33℃搅拌1.5h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，36℃下对体系搅拌0.8h，待均匀后倒入模具中。常温放置1个星期后，在37℃下烘3.5h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物5.9g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为231.7℃，玻璃化温度为-64.5℃。
实施例4
将51mg3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入118g四氢呋喃中，在24℃超声分散1.5h，将NC4.9g加入到195g四氢呋喃中，在31℃搅拌1.8h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，32℃下对体系搅拌0.6h，待均匀后倒入模具中。常温放置1.5个星期后，在36℃下烘3.1h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物4.9g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为230.7℃，玻璃化温度为-64.5℃。
实施例5
将47mg3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入124g四氢呋喃中，在28℃超声分散1.6h，将NC5.5g加入到170g四氢呋喃中，在30℃搅拌1.5h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，29℃下对体系搅拌0.5h，待均匀后倒入模具中。常温放置2个星期后，在35℃下烘3.5h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物5.5g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为232.7℃，玻璃化温度为-64.6℃。
实施例6
将41mg3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入107g四氢呋喃中，在25℃超声分散2h，将NC3.9g加入到160g四氢呋喃中，在26℃搅拌1.3h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，33℃下对体系搅拌0.8h，待均匀后倒入模具中。常温放置1.6个星期后，在30℃下烘3h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物3.9g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为232.4℃，玻璃化温度为-64.5℃。
实施例7
将36mg3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入88g四氢呋喃中，在27℃超声分散1.5h，将NC5.4g加入到190g四氢呋喃中，在29℃搅拌1.5h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，38℃下对体系搅拌0.9h，待均匀后倒入模具中。常温放置1.4个星期后，在30℃下烘2.5h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物5.4g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为229.8℃，玻璃化温度为-64.6℃。
实施例8
将30mg3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入96g四氢呋喃中，在31℃超声分散1.8h，将NC6.0g加入到195g四氢呋喃中，在20℃搅拌1.4h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，35℃下对体系搅拌1.0h，待均匀后倒入模具中。常温放置2个星期后，在36℃下烘3h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物6.0g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为233.9℃，玻璃化温度为-64.2℃。
实施例9
将27mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入67g四氢呋喃中，在22℃超声分散1.0h，将NC4.2g加入到104g四氢呋喃中，在26℃搅拌1.4h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，32℃下对体系搅拌0.6h，待均匀后倒入模具中。常温放置1个星期后，在35℃下烘2.5h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物4.2g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为233.4℃，玻璃化温度为-64.3℃。
实施例10
将24mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入58g四氢呋喃中，在26℃超声分散1.8h，将NC5.7g加入到187g四氢呋喃中，在24℃搅拌2.0h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，35℃下对体系搅拌0.5h，待均匀后倒入模具中。常温放置1.6个星期后，在32℃下烘3.4h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物5.7g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为230.1℃，玻璃化温度为-64.3℃。
实施例11
将20mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入46g四氢呋喃中，在29℃超声分散1.4h，将NC4.1g加入到115g四氢呋喃中，在26℃搅拌1.4h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，27℃下对体系搅拌0.7h，待均匀后倒入模具中。常温放置1.2个星期后，在31℃下烘2.4h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物4.1g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为233.9℃，玻璃化温度为-64.7℃。
实施例12
将16mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入32g四氢呋喃中，在26℃超声分散1.6h，将NC5.2g加入到150g四氢呋喃中，在35℃搅拌1.4h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，34℃下对体系搅拌0.8h，待均匀后倒入模具中。常温放置2个星期后，在33℃下烘3.5h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物5.2g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为232.5℃，玻璃化温度为64.3℃。
实施例13
将13mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入28g四氢呋喃中，在20℃超声分散2.0h，将NC4.0g加入到114g四氢呋喃中，在21℃搅拌1.1h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，27℃下对体系搅拌0.6h，待均匀后倒入模具中。常温放置1个星期后，在32℃下烘2.1h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物4.0g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为232.7℃，玻璃化温度为-64.5℃。
实施例14
将10mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入20g四氢呋喃中，在23℃超声分散1.5h，将NC5.0g加入到124g四氢呋喃中，在30℃搅拌1.5h，待NC完全溶解；将巯基功能化氧化石墨烯分散液倒入NC溶液中，30℃下对体系搅拌0.5h，待均匀后倒入模具中。常温放置1.7个星期后，在36℃下烘3.6h得到相应的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉(NC)复合物5.0g。巯基功能化氧化石墨烯/NC复合物热分解温度为231.7℃，玻璃化温度为-64.6℃。
第二部分关于反应物3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯的制备
本发明的巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法，其步骤1，制备3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯，该3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯采用如下方法制备得到：
步骤1-1，将氧化石墨烯与四氢呋喃按照20～100mg：35.6g～222.5g进行混合；
步骤1-2，将步骤1-1得到的混合物，在20～35℃的温度范围内超声分散1～2h后，再加入3-巯基丙基三乙氧基硅烷，其中氧化石墨烯、四氢呋喃和3-巯基丙基三乙氧基硅烷，为20～100mg：35.6g～222.5g：3.76*10-3mg～2.82*10-2mg；
步骤1-3，将步骤1-2得到的混合反应物，在60～70℃的温度范围内搅拌反应6～10h，离心，洗涤，干燥，得到粉末状3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯。
为了更好的验证本发明给出的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯的制备方法的可靠性，申请人也进行了大量的实验进行验证，最终证明该方法涉及的配方可行性，以及对最终产物巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉复合物的效果一致性。
申请人为此给出一系列制备3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯的制备实施例，具体如下：
实施例15
将20mg氧化石墨烯加入35.6g四氢呋喃中，在25℃的温度下超声分散1.5h，然后加入3.76*10-3mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，70℃反应5.0h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯30mg。
结构鉴定：
1.红外分析
在目标化合物3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯的红外光谱中可以看出，氧化石墨中1740cm-1处的羰基伸缩振动吸收峰已经移至1621cm-1，在2950cm-1处出现的极弱的S-H伸缩振动吸收峰，相应的氧化石墨中1248cm-1处的环氧基特征吸收峰变得非常弱，甚至消失，说明3-巯基丙基三乙氧基硅烷与氧化石墨中的部分环氧基发生了加成反应。改性氧化石墨在1040cm-1处出现了Si-O-Si键的伸缩振动吸收峰，这是由3-巯基丙基三乙氧基硅烷中的部分烷氧基经水解缩合而形成的。说明氧化石墨烯表面已被3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性。图9是实施例15制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯红外图。
2.拉曼光谱分析
从拉曼图谱可以看出，3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯的拉曼图谱显示其D峰和G峰分别出现在1351cm-1和1587cm-1，与氧化石墨烯的D峰(1352cm-1)和G峰(1590cm-1)不同。3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯的ID/IG＝1.121，相比于GO(ID/IG＝1.027)有所提高，这也是由于GO被功能化后，sp3杂环碳原子增多的原因。图10是实施例15制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯拉曼光谱图。
3.X射线光电子能谱(XPS)分析
XPS图谱显示，3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯除了在289eV和535eV的两个C1s和O1s特征峰外，在165eV和102eV处出现了新的S2p和Si2p谱峰，说明3-巯基丙基三乙氧基硅烷成功接枝在氧化石墨烯结构中。图11是实施例15制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯XPS图。
4.扫描电镜(SEM)分析
分析电镜结果，3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯的片状结构明显存在，未发生大规模团聚。并且功能化后，3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯片层上面的褶皱明显变多。图12是实施例15制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯SEM图。
实施例16
将40mg氧化石墨烯加入95g四氢呋喃中，在25℃超声分散1h，然后加入8.5*10-3mg3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在60℃反应6.0h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯58mg。
实施例17
将60mg氧化石墨烯加入150g四氢呋喃中，在30℃下超声分散2h，然后加入1.04*10-2mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在65℃反应4h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯86mg。
实施例18
将80mg氧化石墨烯加入190g四氢呋喃中，在35℃的温度下超声分散1.0h，然后加入1.67*10-2mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在68℃反应5.5h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯114mg。
实施例19
将100mg氧化石墨烯加入222.5g四氢呋喃中，在30℃超声分散1.0h，然后加入2.82*10-2mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在69℃反应4.5h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯145mg。
实施例20
将95mg氧化石墨烯加入214.8g四氢呋喃中，在33℃超声分散1.6h，然后加入2.71*10-2mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在66℃反应5.4h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯139mg。
实施例21
将91mg氧化石墨烯加入206.8g四氢呋喃中，在24℃超声分散1.4h，然后加入2.55*10-2mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在66℃反应5.2h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯133mg。
实施例22
将86mg氧化石墨烯加入197g四氢呋喃中，在26℃超声分散1.8h，然后加入2.43*10-2mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在67℃反应5.5h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯124mg。
实施例23
将76mg氧化石墨烯加入190g四氢呋喃中，在24℃超声分散1.4h，然后加入2.31*10-2mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在68℃反应4.6h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯111mg。
实施例24
将71mg氧化石墨烯加入174g四氢呋喃中，在28℃超声分散1.9h，然后加入2.19*10-2mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在69℃反应5.9h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯103mg。
实施例25
将66mg氧化石墨烯加入158g四氢呋喃中，在34℃超声分散2h，然后加入1.57*10-2mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在70℃反应5.4h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯90mg。
实施例26
将54mg氧化石墨烯加入141g四氢呋喃中，在31℃超声分散1.6h，然后加入9.17*10-3mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在67℃反应5.8h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯78mg。
实施例27
将47mg氧化石墨烯加入129g四氢呋喃中，在27℃超声分散1.2h，然后加入8.11*10-3mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在61℃反应6.0h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯66mg。
实施例28
将34mg氧化石墨烯加入119g四氢呋喃中，在25℃超声分散2h，然后加入6.89*10-3mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在65℃反应4.8h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯44mg。
实施例29
将29mg氧化石墨烯加入87g四氢呋喃中，在20℃超声分散2h，然后加入5.19*10-3mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在70℃反应6h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯41mg。
实施例30
将25mg氧化石墨烯加入54g四氢呋喃中，在35℃超声分散1.5h，然后加入4.16*10-3mg 3-巯基丙基三乙氧基硅烷，在66℃反应5.4h，离心，洗涤，干燥，得到黑色粉末3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯35mg。
Claims (1)
1.一种巯基功能化氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
步骤1，制备3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯；
步骤2，将步骤1制备的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯加入四氢呋喃中，
在20～35℃超声分散1～2h，其中3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯与四氢呋喃的用量比为10mg～60mg：20g～150g，得到3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯分散液；
步骤3，将硝化棉加入到四氢呋喃中，在20～35℃的温度范围内搅拌1～2h，其中硝化棉和四氢呋喃的用量比4.0g～6.0g：100g～200g，待硝化棉完全溶解，得到NC与四氢呋喃混合溶液；
步骤4，将步骤1得到的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯分散液倒入硝化棉(NC)混合溶液中，在20～40℃下搅拌0.5～1h，待均匀后静置1～2个星期，在30～40℃下烘干2～4h得到相应的3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉复合物；
所述的步骤1，制备3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯，具体包括如下步骤：
步骤1-1，将氧化石墨烯与四氢呋喃按照20～100mg：35.6g～222.5g进行混合；
步骤1-2，将步骤1-1得到的混合物，在20～35℃的温度范围内超声分散1～2h后，再加入3-巯基丙基三乙氧基硅烷，其中氧化石墨烯、四氢呋喃和3-巯基丙基三乙氧基硅烷，为20～100mg：35.6g～222.5g：3.76*10-3mg～2.82*10-2mg；
步骤1-3，将步骤1-2得到的混合反应物，在60～70℃的温度范围内搅拌反应6～10h，离心，洗涤，干燥，得到粉末状3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯改性氧化石墨烯。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010885196.2A CN112010885B (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 一种3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010885196.2A CN112010885B (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 一种3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112010885A CN112010885A (zh) | 2020-12-01 |
| CN112010885B true CN112010885B (zh) | 2023-01-17 |
Family
ID=73503505
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010885196.2A Active CN112010885B (zh) | 2020-08-28 | 2020-08-28 | 一种3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112010885B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116082108B (zh) * | 2022-11-25 | 2024-03-29 | 西安近代化学研究所 | 一种氧化石墨烯/bamo-ammo-etpe复合物的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102642830A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-22 | 南京大学 | 一种硅烷偶联剂修饰石墨烯的制备方法 |
| CN107325590A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-11-07 | 武汉大学 | 一种改性含硫石墨烯掺杂的线缆屏蔽层材料及其应用 |
| CN111013660A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-17 | 西安近代化学研究所 | 一种石墨烯-席夫碱镍燃烧催化剂及其制备方法 |
-
2020
- 2020-08-28 CN CN202010885196.2A patent/CN112010885B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102642830A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-22 | 南京大学 | 一种硅烷偶联剂修饰石墨烯的制备方法 |
| CN107325590A (zh) * | 2017-07-04 | 2017-11-07 | 武汉大学 | 一种改性含硫石墨烯掺杂的线缆屏蔽层材料及其应用 |
| CN111013660A (zh) * | 2019-12-02 | 2020-04-17 | 西安近代化学研究所 | 一种石墨烯-席夫碱镍燃烧催化剂及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Direct laser initiation and improved thermal stability of nitrocellulose/graphene oxide nanocomposites;Xin Zhang等;《Applied physics letters》;20130409;第102卷(第14期);摘要，第1页右栏第1段 * |
| 改性硝化纤维素基固体推进剂及其凝胶/复合凝胶研究;张云华;《中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士） 工程科技II辑》;20160615(第6期);第74页第4.2.5节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112010885A (zh) | 2020-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112010885B (zh) | 一种3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法 | |
| CN112047796B (zh) | 一种3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法 | |
| CN111848916A (zh) | 一种硅烷化纳米纤维素改性水性聚氨酯及其制备方法 | |
| CN114989500B (zh) | 一种氧化淀粉基抗菌功能材料 | |
| CN112047793B (zh) | 一种含能热塑性弹性体复合物的制备方法 | |
| CN114589302A (zh) | 一种耐热液体高稳定性改性铝锂合金粉的制备方法 | |
| CN112062980B (zh) | 一种含能热塑性弹性体复合物的制备方法 | |
| CN112047795B (zh) | 一种氧化石墨烯/硝化棉复合物的制备方法 | |
| Nayak et al. | Sisal fiber (SF) reinforced recycled polypropylene (RPP) composites | |
| US9556282B2 (en) | Modified cellulose and composite material using the same | |
| CN103772078B (zh) | 含能高分子表面改性铝粉及其制备方法 | |
| CN114058082A (zh) | 一种新型改性二氧化硅及其制备方法 | |
| Li et al. | Biomass materials self-assembled core-shell CL-20@ Biomass materials-TiO2 energetic composites with reduced impact sensitivity and enhanced thermal stability | |
| Boopasiri et al. | Influences of purification and surface treatment of sugarcane bagasse ash on mechanical properties of natural rubber composites | |
| Jalal et al. | Synthesis and Characterization Thermal of Polyurethane/MMT from Castor Oil Polyols for Coating | |
| CN112062784A (zh) | 一种3-巯基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯的合成方法 | |
| Tian et al. | Novel application of Zn‐containing Zeolitic Imidazolate Frameworks in promoting the vulcanization and mechanical properties of natural rubber composites | |
| CN111960906B (zh) | 一种钝感太安及其制备方法 | |
| EP4380913A1 (en) | Energetic formulations containing epoxy-modified graphene oxide | |
| CN111994903A (zh) | 一种3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性氧化石墨烯的合成方法 | |
| AU2022322000A1 (en) | Energetic formulations containing epoxy-modified graphene oxide | |
| CN115124396B (zh) | 一种高一次燃烧效率的镁基金属燃料及其制备方法与应用 | |
| CN117230656B (zh) | 一种纸浆模塑材料用的防水剂、制备方法 | |
| Li et al. | Biomass Materials Self-Assembled Dual-Layer Core-Shell Cl-20@ Biomass Materials@ Tio2 Energetic Composites with Reduced Impact Sensitivity and Enhanced Thermal Stability | |
| CN113941364B (zh) | 一种Pb、Ba双金属MOFs、制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |