一种还原氧化石墨烯分散剂及制备工艺

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种还原氧化石墨烯分散剂及制备工艺。

背景技术

目前，随着科学技术的不断发展，微纳米材料也在不断进入生活的方方面面，其中以石墨烯为首的一系列碳材料，如还原氧化石墨烯和炭黑，不仅作为色浆填料，也作为重要的功能组分，在各类聚合物中承担导电、导热的重要功能，其分散性的好坏决定了复合材料的品质优劣。

但现有技术中，本身只具有表面活性而不具备化学键的键合能力，因此在聚合物中虽然可以达到良好的分散效果，但是无法与材料进行化学键合，往往需要结合一定的化学改性手段合并使用，带来了一定的使用障碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种还原氧化石墨烯分散剂及制备工艺，旨在解决现有技术中的本身只具有表面活性而不具备化学键的键合能力，因此在聚合物中虽然可以达到良好的分散效果，但是无法与材料进行化学键合，往往需要结合一定的化学改性手段合并使用，带来了一定的使用障碍的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种还原氧化石墨烯分散剂，包括聚硅氧烷、季铵盐、异氰酸酯官能团、第一组分和第二组分。

本发明还提供一种还原氧化石墨烯分散剂的制备工艺，制备如上述所述的一种还原氧化石墨烯分散剂，包括如下步骤：

投入800～1200分子量的烯丙醇聚醚与1000～3000分子量的端氢硅油，投料比R

投入600～4000分子量20～40％PO含量的所述烯丙醇环氧封端聚醚与500分子量的端氢硅油，投料比为1:1，升温至80～110℃，优选85℃，鼓氮，到达温度后加入氯铂酸的1％的异丙醇溶液1mL，反应2小时，获得环氧封端的聚醚嵌段硅油；

将所述环氧封端的聚醚嵌段硅油与端叔胺基聚醚进行季胺化反应，所述端叔胺基聚醚为600～1000分子量的二甲基乙醇胺的全PO聚醚，其中环氧基、叔胺基和冰醋酸的摩尔比为1:1:1，溶剂为丙二醇二甲醚，加入量为20％，反应温度为70℃；

加入经过丙二醇二甲醚稀释的草酰氯，所述草酰氯的摩尔数＝[所述第一组分的羟基摩尔数+(所述第二组分的氨基摩尔数)×2]×1.25，升温至70℃，保温2小时；

最终进行离心分离盐，获得所述还原氧化石墨烯分散剂。

其中，所述第一组分合成步骤，包括如下步骤：

通过端烯丙醇醚与含氢硅油进行端氢加成反应，获得所述第一组分的中间体端羟基硅油，在草酰氯反应时，端羟基基硅油会一并转化为端异氰酸酯硅油。

其中，所述第二组分合成步骤，包括如下步骤：

通过端环氧基烯丙醇醚与含氢硅油进行端氢加成反应，获得端环氧基硅油；

通过端叔胺基聚醚，在醋酸的作用下与端环氧基硅油进行季铵化反应，获得端羟基季铵盐改性的嵌段聚醚；

端羟基季铵盐改性的嵌段聚醚与草酰氯反应，将端羟基季铵盐改性的嵌段聚醚的羟基转换为酰氯，最后进行粉盐。

其中，所述二甲基乙醇胺中环氧乙烷比例占20％～40％，余量为环氧丙烷。

本发明的一种还原氧化石墨烯分散剂及制备工艺的有益效果为：本发明的所述还原氧化石墨烯分散剂具有在溶剂体系中分散、锚定微纳米材料的功能，是集成散于改性为一体的纳米材料，具有分散性稳定性高、泡沫低和用量少的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的实施例1的工艺步骤流程图。

图2是本发明的实施例2的工艺步骤流程图。

图3是本发明的实施例3的工艺步骤流程图。

图4是本发明的实施例4的工艺步骤流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种还原氧化石墨烯分散剂，包括聚硅氧烷、季铵盐、异氰酸酯官能团、第一组分和第二组分。

一种还原氧化石墨烯分散剂的制备工艺，包括如下步骤：

投入800～1200分子量的烯丙醇聚醚与1000～3000分子量的端氢硅油，投料比R

投入600～4000分子量20～40％PO含量的所述烯丙醇环氧封端聚醚与500分子量的端氢硅油，投料比为1:1，升温至80～110℃，优选85℃，鼓氮，到达温度后加入氯铂酸的1％的异丙醇溶液1mL，反应2小时，获得环氧封端的聚醚嵌段硅油；

将所述环氧封端的聚醚嵌段硅油与端叔胺基聚醚进行季胺化反应，所述端叔胺基聚醚为600～1000分子量的二甲基乙醇胺的全PO聚醚，其中环氧基、叔胺基和冰醋酸的摩尔比为1:1:1，溶剂为丙二醇二甲醚，加入量为20％，反应温度为70℃；

加入经过丙二醇二甲醚稀释的草酰氯，所述草酰氯的摩尔数＝[所述第一组分的羟基摩尔数+(所述第二组分的氨基摩尔数)×2]×1.25，升温至70℃，保温2小时；

最终进行离心分离盐，获得所述还原氧化石墨烯分散剂。

进一步地，所述第一组分合成步骤，包括如下步骤：

通过端烯丙醇醚与含氢硅油进行端氢加成反应，获得所述第一组分的中间体端羟基硅油，在草酰氯反应时，端羟基基硅油会一并转化为端异氰酸酯硅油。

进一步地，所述第二组分合成步骤，包括如下步骤：

通过端环氧基烯丙醇醚与含氢硅油进行端氢加成反应，获得端环氧基硅油；

通过端叔胺基聚醚，在醋酸的作用下与端环氧基硅油进行季铵化反应，获得端羟基季铵盐改性的嵌段聚醚；

端羟基季铵盐改性的嵌段聚醚与草酰氯反应，将端羟基季铵盐改性的嵌段聚醚的羟基转换为酰氯，最后进行粉盐。

进一步地，所述二甲基乙醇胺中环氧乙烷比例占20％～40％，余量为环氧丙烷。

一种还原氧化石墨烯分散剂的制备工艺，包括如下步骤：

S1：投入800～1200分子量的烯丙醇聚醚与1000～3000分子量的端氢硅油，投料比R

S2：投入600～4000分子量20～40％PO含量的所述烯丙醇环氧封端聚醚与5000～20000分子量的端氢硅油，投料比为1:1，升温至80～110℃，优选85℃，鼓氮，到达温度后加入氯铂酸的1％的异丙醇溶液1mL，反应2小时，获得环氧封端的聚醚嵌段硅油；

S3：将所述环氧封端的聚醚嵌段硅油与端叔胺基聚醚进行季胺化反应，所述端叔胺基聚醚为600分子量的二甲基乙醇胺的全PO聚醚，其中环氧基、叔胺基和冰醋酸的摩尔比为1:1:1，溶剂为丙二醇二甲醚，加入量为20％，反应温度为70℃；

S4：加入经过丙二醇二甲醚稀释的草酰氯，所述草酰氯的摩尔数＝[所述第一组分的羟基摩尔数+(所述第二组分的氨基摩尔数)×2]×1.25，升温至70℃，保温2小时；

S5：最终进行离心分离盐，获得所述还原氧化石墨烯分散剂。

请参阅图1，具体实施例1：

一种还原氧化石墨烯分散剂的制备工艺，包括如下步骤：

S1：投入800分子量的烯丙醇聚醚与1000分子量的端氢硅油，投料比R

S2：投入600分子量20％PO含量的烯丙醇环氧封端聚醚与5000分子量的端氢硅油，投料比为1:1，升温至80，鼓氮，到达温度后加入氯铂酸的1％的异丙醇溶液1mL，反应2小时，获得环氧封端的聚醚嵌段硅油；

S3：将所述环氧封端的聚醚嵌段硅油与端叔胺基聚醚进行季胺化反应，所述端叔胺基聚醚为600分子量的二甲基乙醇胺的全PO聚醚，其中环氧基、叔胺基和冰醋酸的摩尔比为1:1:1，溶剂为丙二醇二甲醚，加入量为20％，反应温度为70℃；

S4：加入经过丙二醇二甲醚稀释的草酰氯，所述草酰氯的摩尔数＝[所述第一组分的羟基摩尔数+(所述第二组分的氨基摩尔数)×2]×1.25，升温至70℃，保温2小时；

S5：最终进行离心分离盐，获得所述还原氧化石墨烯分散剂。

请参阅图2，具体实施例2：

一种还原氧化石墨烯分散剂的制备工艺，包括如下步骤：

S1：投入1200分子量的烯丙醇聚醚与3000分子量的端氢硅油，投料比R

S2：投入3000分子量30％PO含量的烯丙醇环氧封端聚醚与10000分子量的端氢硅油，投料比为1:1，升温至110℃，鼓氮，到达温度后加入氯铂酸的1％的异丙醇溶液1mL，反应2小时，获得环氧封端的聚醚嵌段硅油；

S3：将所述环氧封端的聚醚嵌段硅油与端叔胺基聚醚进行季胺化反应，所述端叔胺基聚醚为1000分子量的二甲基乙醇胺的全PO聚醚，其中环氧基、叔胺基和冰醋酸的摩尔比为1:1:1，溶剂为丙二醇二甲醚，加入量为20％，反应温度为70℃；

S4：加入经过丙二醇二甲醚稀释的草酰氯，所述草酰氯的摩尔数＝[所述第一组分的羟基摩尔数+(所述第二组分的氨基摩尔数)×2]×1.25，升温至70℃，保温2小时；

S5：最终进行离心分离盐，获得所述还原氧化石墨烯分散剂。

请参阅图3，具体实施例3：

一种还原氧化石墨烯分散剂的制备工艺，包括如下步骤：

S1：投入800分子量的烯丙醇聚醚与3000分子量的端氢硅油，投料比R

S2：投入3000分子量30％PO含量的烯丙醇环氧封端聚醚与5000分子量的端氢硅油，投料比为1:1，升温至85℃，鼓氮，到达温度后加入氯铂酸的1％的异丙醇溶液1mL，反应2小时，获得环氧封端的聚醚嵌段硅油；

S3：将所述环氧封端的聚醚嵌段硅油与端叔胺基聚醚进行季胺化反应，所述端叔胺基聚醚为800分子量的二甲基乙醇胺的全PO聚醚，其中环氧基、叔胺基和冰醋酸的摩尔比为1:1:1，溶剂为丙二醇二甲醚，加入量为20％，反应温度为70℃；

S4：加入经过丙二醇二甲醚稀释的草酰氯，所述草酰氯的摩尔数＝[所述第一组分的羟基摩尔数+(所述第二组分的氨基摩尔数)×2]×1.25，升温至70℃，保温2小时；

S5：最终进行离心分离盐，获得所述还原氧化石墨烯分散剂。

请参阅图4，具体实施例4：

一种还原氧化石墨烯分散剂的制备工艺，包括如下步骤：

S1：投入800分子量的烯丙醇聚醚与2500分子量的端氢硅油，投料比R

S2：投入3000分子量40％PO含量的烯丙醇环氧封端聚醚与20000分子量的支链硅油，投料比为1:1，升温至90℃，鼓氮，到达温度后加入氯铂酸的1％的异丙醇溶液1mL，反应2小时，获得环氧封端的聚醚嵌段硅油；

S3：将所述环氧封端的聚醚嵌段硅油与端叔胺基聚醚进行季胺化反应，所述端叔胺基聚醚为1000分子量的二甲基乙醇胺的20％EO，80％PO的聚醚，其中环氧基、叔胺基和冰醋酸的摩尔比为1:1:1，溶剂为丙二醇二甲醚，加入量为20％，反应温度为70℃；

S4：加入经过丙二醇二甲醚稀释的草酰氯，所述草酰氯的摩尔数＝[所述第一组分的羟基摩尔数+(所述第二组分的氨基摩尔数)×2]×1.25，升温至70℃，保温2小时；

S5：最终进行离心分离盐，获得所述还原氧化石墨烯分散剂。

在本发明中：

测试原料：ModifiedHummers法制备的氧化石墨烯真空冷冻干燥的粉体在管式炉中通过5％H2/Ar气氛中700℃还原2h的(还原氧化石墨烯)rGO粉体。

分散系组成：

以一般环氧树脂简洁配方为例：

A组分：70gE-44环氧树脂，20g混合二甲苯，10g整丁醇，0.5g具体实施例分散剂(空白样不含)，0.2gBYKA-530消泡剂

B组分：16g聚酰胺651，6gT-31，3gTMP-30

测试方法：

把溶剂混合二甲苯与正丁醇混合，加入0.5g具体实施例分散剂与0.15grGO粉体，超声分散，观测显微镜图片。

加入70g树脂于溶剂中，通过剪切分散机以4000RPM剪切分散，观测显微镜图片。

混合A,B组分，以四面涂膜器400mm涂膜，通过铅笔硬度计测试硬度，通过落锤实验测试。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。