一种改性环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料及其制备工艺的制作方法
【专利说明】一种改性环氧树脂/双马来酷亚胺树脂纳米复合材料及其制备工艺
[0001]
技术领域
[0002]本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种改性环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料及其制备工艺。
【背景技术】
[0003]双马来酰亚胺(BMI)是以马来酰亚胺(MI)为活性端基的双官能团化合物。双马来酰亚胺树脂(BMI)以其优异的耐湿热性、吸湿性低、耐辐射、阻燃性，优异的机械性能和尺寸稳定性，良好的电绝缘性、易成型加工，分子结构易设计等特点，被广泛应用于航空航天、机械电子等工业领域中。
[0004]环氧树脂是三大通用的热固性树脂之一，具有优异的介电性能、耐磨性能、力学性能、电绝缘性能、化学稳定性能、耐高低温性能和加工性能等。由于其收缩率低、易加工成型和成本低廉等优点，使其在胶粘剂、涂料、电子、电器和航空航天等领域发挥重要的作用。
[0005]碳材料是地球上最普遍也是最奇妙的一种材料，它可以形成世界上最硬的金刚石，也可以形成最软的石墨。石墨烯的理论研究已经有60多年，当时主要用来为富勒烯和碳纳米管等结构构建模型；没有人认为石墨烯会稳定存在，因为物理学家认为，热力学涨落不允许二维晶体在有限温度下存在。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种易分散、界面粘结性好的改性环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料及其制备工艺。
[0007]本发明提出的改性环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料及其制备工艺，将石墨烯经过羧基化、酰氯化后，再在其引入具有特征结构的二元胺或多元胺，然后利用此氨基化的石墨烯与环氧树脂/双马来酰亚胺进行加成反应，生成石墨烯改性的环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料。利用氨基化的石墨烯的强度和韧性强韧化环氧树脂/双马来酰亚胺，提高其与基体树脂的基面粘结强度，有利于提高改性环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的整体性能。其具体步骤如下:
(1)将1重量份干燥的单层石墨烯、多层石墨烯或其混合物和10?1000重量份的无机酸混合，在1?100kHz超声波或10r/min?106r/min的离心速度搅拌下处理1?100小时，然后加热至30?120°C，反应1?100小时，以微滤膜抽滤，反复洗涤至滤液呈中性，在45?200°C温度下真空干燥1?48小时，即得到纯化的石墨烯。
[0008](2)将步骤(1)中得到纯化的石墨烯的1重量份和强氧化性酸10?1000重量份混合，在1?100kHz超声波下处理1?100小时，然后加热到30?100°C，搅拌并回流反应12?100小时，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤至滤液呈中性，在30?200°C温度下真空干燥1?48小时，得到氧化的石墨烯。
[0009](3)加入步骤(2)所得氧化的石墨烯1重量份和酰化试剂1?200重量份，以1?100kHz超声波处理1?10小时后，加热到40?200°C，搅拌并回流反应12?120小时，抽滤并反复洗涤除去酰化试剂，得到酰化的石墨烯。
[0010](4)加入步骤(3)所得酰化的石墨烯1重量份和长链二元胺或多元胺1?1000重量份，以1?100kHz超声波处理1?100小时，然后在45?200°C温度下反应1?100小时，抽滤并反复洗涤，在1?200°C温度下真空干燥12?48小时，得到表面带有活性氨基的接枝型氨基化石墨烯。
[0011](5)加入步骤⑷所得表面带有活性氨基的接枝型氨基化石墨烯1重量份和1?1000重量份有机溶剂混合，以1?120kHz超声波或10r/min?106r/min的离心速度搅拌下处理1?100小时，使氨基化的石墨烯均匀分散在有机溶剂中，加入双马来酰亚胺、环氧树脂各1?1000重量，在25?100°C温度下，抽真空1?100小时，除去有机溶剂后，升温至树脂基体熔融，进行加成反应，改性环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料。
[0012]【具体实施方式】实施例1
本发明提出的一种改性环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料及其制备工艺，将石墨烯经过羧基化、酰氯化后，再在其引入具有特征结构的二元胺或多元胺，然后利用此氨基化的石墨烯与环氧树脂/双马来酰亚胺进行加成反应，生成石墨烯改性的环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料。利用氨基化的石墨烯的强度和韧性强韧化环氧树脂/双马来酰亚胺，提高其与基体树脂的基面粘结强度，有利于提高改性环氧树脂/双马来酰亚胺树脂纳米复合材料的整体性能。其具体步骤如下:
(1)将1重量份干燥的单层石墨烯、多层石墨烯或其混合物和10?1000重量份的无机酸混合，在1?100kHz超声波或10r/min?106r/min的离心速度搅拌下处理12小时，然后加热至60°C，反应12小时，以微滤膜抽滤，反复洗涤至滤液呈中性，在60°C温度下真空干燥12小时，即得到纯化的石墨烯。
[0013](2)将步骤(1)中得到纯化的石墨烯的1重量份和强氧化性酸10?1000重量份混合，在1?100kHz超声波下处理12小时，然后加热到50°C，搅拌并回流反应24小时，超微孔滤膜抽滤，反复洗涤至滤液呈中性，在36°C温度下真空干燥12小时，得到氧化的石墨烯。
[0014](3)加入步骤(2)所得氧化的石墨烯1重量份和酰化试剂1?200重量份，以1?100kHz超声波处理2小时后，加热到40?200°C，搅拌并回流反应24小时，抽滤并反复洗涤除去酰化试剂，得到酰化的石墨烯。
[0015](4)加入步骤(3)所得酰化的石墨烯1重量份和长链二元胺或多元胺1?1000重量份，以1?100kHz超声波处理12小时，然后在45?200°C温度下反应12小时，抽滤并反复洗涤，在1?200°C温度下真空干燥24小时，得到表面带有活性氨基的接枝型氨基化石墨稀。
[0016](5)加入步骤⑷所得表面带有活性氨基的接枝型氨基化石墨烯1重量份和1?1000重量份有机溶剂混合，以1?120kHz超声波或10r/min?106r/min的离心速度搅拌下处理1?100小时，使氨基化的石墨烯均匀分散在有机溶剂中，加入双马来酰亚胺、环氧树脂各1?1000重量，在25?100°