一种改性氧化石墨烯及其制备方法与流程

本发明属于石墨烯，具体地，涉及一种改性氧化石墨烯及其制备方法。

背景技术：

1、石墨烯具有电子迁移率高，机械性能好、热传导性能强和比表面积大等特点，这些优异的性能以及良好的气密性预示着它可以与聚合物复合从而显著改善聚合物的机械、电学、热力学和气体阻隔性能，在复合材料等领域具有广泛的应用。但是，石墨烯比表面积大，极易发生团聚，而且石墨烯片层之间的π-π共轭作用，使其无论是在有机溶剂中还是在聚合物基体中都难以均匀分散，严重影响其在复合材料中的性能。

2、氧化石墨烯(graphene oxide)是石墨烯的一种衍生物，其结构与石墨烯大体相同，只是在石墨烯基面和边缘连上一些官能团。连在石墨烯上的官能团主要是一些含氧基团，如环氧基、羟基、羧基等，其中环氧基和羟基主要位于石墨烯的表面上，而羧基主要位于石墨烯的边缘，这些功能基使氧化石墨烯能很好地分散到水中，同时因为表面富含有利于化学修饰的含氧官能团，因此可通过化学的方法对氧化石墨烯进行表面改性，以改善氧化石墨烯与聚合物基体的相容性以及赋予氧化石墨烯更多的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改性氧化石墨烯及其制备方法，通过化学键合作用在氧化石墨烯表面接枝有机分子链，不仅能改善氧化石墨烯与聚合物基体的相容性，还能通过季铵盐基团的引入，提高氧化石墨烯的抗菌性能；另外，获得的改性氧化石墨烯还能一定程度提高聚合物基体的韧性，且其与聚合物基体的相互作用会增强，从而提升综合性能。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种改性氧化石墨烯的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、在装有搅拌装置和冷凝装置的三口烧瓶中加入丙二胺、三乙胺、丙酮和己烷，搅拌溶解均匀并将烧瓶置于冰水浴中，控制体系温度不超过2℃，然后缓慢滴入8-氯-1-辛烯，滴加完成后移去冰浴，于常温条件下反应2h，反应结束后，过滤(除去生成的盐)，取有机相(液相)，用质量分数为20％的nacl水溶液洗涤4-5次，无水mg2so4干燥，过滤，最后减压蒸馏除去溶剂(己烷)，得到中间体；丙二胺、三乙胺、8-氯-1-辛烯的用量之比为8.2g:10.1g:14.7g；

5、在三乙胺作用下，丙二胺分子上的-nh2与-氯-1-辛烯分子上的氯基发生亲核取代反应，通过控制二者的摩尔比接近1:1且丙二胺略过量，发生一取代反应，得到中间体，过程如下所示：

6、

7、s2、将氧化石墨烯与dmf加入至带有搅拌装置的三口烧瓶中，在室温下机械搅拌1h后，将中间体加入到体系中继续搅拌30min，然后再加入edc-hcl(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐，偶联剂)，将混合液转移至60℃水浴中继续搅拌反应4h，反应结束后，离心分离，并用乙醇水溶液(体积分数50％)洗涤2-3次，最后，将产物在60℃真空烘箱中充分干燥，得到初产物；氧化石墨烯、改性剂和edc-hcl的用量之比为1g:18.4g:50mg；

8、氧化石墨烯表面含有较多含氧基团，在edc-hcl作用下，其边缘的-cooh与中间体分子上的-nh2发生酰胺化反应，使中间体分子链通过化学键合作用接枝于氧化石墨烯表面，得到初产物，过程如下所示：

9、

10、s3、将初产物、三乙胺和氯仿加入至三口烧瓶中，先超声30min，再置于冰浴条件下，保持搅拌，待体系温度稳定在0-2℃时，缓慢滴入1-氯癸烷，滴加完毕后在常温下继续反应3h，过滤、并用乙醇洗涤3-4次，再将洗涤后的产物与乙醇、碘甲烷混合，超声30min后，升高温度至48℃回流反应4h，过滤、并用乙醇洗涤3-4次，充分干燥后，得到改性氧化石墨烯；初产物、三乙胺、1-氯癸烷、碘甲烷的用量之比为10g:10.1g:17.7g:30ml；

11、在三乙胺作用下，初产物分子上的-nh-与1-氯癸烷(卤代烃)发生亲核取代反应，形成的叔胺再在碘甲烷作用下，发生季铵化反应，得到改性氧化石墨烯，过程如下所示：

12、

13、得到的改性氧化石墨烯表面通过化学键合作用接枝有有机分子链，相当于在氧化石墨烯外表面包覆了一层有机层，能够有效改善氧化石墨烯与聚合物基体的相容性，起到促进分散的作用；另外，该有机分子链上还含有季铵盐，属于高效安全的抗菌活性成分，能够与氧化石墨烯起到协同抗菌的作用；需要进一步补充说明的是，有机分子链上还含有长的脂肪链以及端部不饱和碳碳双键，长的脂肪链具备极高的柔性，在与聚合物共混时，脂肪链能够穿插入聚合物大分子链间，起到增韧效果，另外，端部不饱和碳碳双键在熔融共混过程中，能够与聚乙烯或聚丙烯类聚合物基体产生化学作用，进一步提升改性氧化石墨烯与聚合物基体之间的作用力，从而提升综合性能。

14、本发明的有益效果：

15、本发明通过化学键合作用在氧化石墨烯表面接枝有机分子链，不仅能改善氧化石墨烯与聚合物基体的相容性，还能通过季铵盐基团的引入，提高氧化石墨烯的抗菌性能；另外，获得的改性氧化石墨烯还能一定程度提高聚合物基体的韧性，且其与聚合物基体的相互作用会增强，从而提升综合性能。

技术特征：

1.一种改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤s1中丙二胺、三乙胺、8-氯-1-辛烯的用量之比为8.2g:10.1g:14.7g。

3.根据权利要求1所述的一种改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤s1中nacl水溶液的质量分数为20％。

4.根据权利要求1所述的一种改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤s2中乙醇水溶液的体积分数为50％。

5.根据权利要求1所述的一种改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤s2中氧化石墨烯、改性剂和edc-hcl的用量之比为1g:18.4g:50mg。

6.根据权利要求1所述的一种改性氧化石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤s3中初产物、三乙胺、1-氯癸烷、碘甲烷的用量之比为10g:10.1g:17.7g:30ml。

7.一种改性氧化石墨烯，其特征在于，根据权利要求1-6任一项所述的方法制备而成。

技术总结
本发明公开了一种改性氧化石墨烯及其制备方法，属于石墨烯技术领域，本发明通过酰胺化反应，在改性氧化石墨烯上接枝中间体分子链，再通过取代反应以及季铵化反应，得到改性氧化石墨烯。本发明通过化学键合作用在氧化石墨烯表面接枝有机分子链，不仅能改善氧化石墨烯与聚合物基体的相容性，还能通过季铵盐基团的引入，提高氧化石墨烯的抗菌性能；另外，获得的改性氧化石墨烯还能一定程度提高聚合物基体的韧性，且其与聚合物基体的相互作用会增强，从而提升综合性能。

技术研发人员：张贺新,杨建明,吴昊,周玉营,岳欢,马洋洋
受保护的技术使用者：马鞍山皖烯新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31