一种氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料改性领域，尤其涉及一种氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备方法。

背景技术

针对热固性塑料不能重复使用的特点，人们在交联共价网络的基础上成功制备了新型类玻璃高分子(vitrimer)材料。共价自适应网络按照机理可以分为两种，一种为解离共价自适应网络，以最为典型的Diels—Alder反应为代表，其在材料的重复使用、自修复等方面有着广泛的运用；另一种为结合共价自适应网络，常见为基于酯交换机理，它也正是vitrimer材料所使用的结构基础。使用传统方法制备的vitrimer材料存在强度、拉伸等机械性能较差的缺点，因此，需要设计一种氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备方法。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，提供一种氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备方法。

本发明通过下述方案实现：

一种氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、将氧化石墨烯粉末烘干；

步骤二、以质量份计，称取0.75-2份步骤一中干燥后的氧化石墨烯粉末，与100份的双酚A二给水甘油醚中混合均匀；

步骤三、以质量份计，将步骤二中得到的氧化石墨烯粉末和双酚A二给水甘油醚的全部混合物与100份的癸二酸、5份的1,5,7-三氮杂二环[4,4,0]癸-5-烯在40-60℃水浴中用高速搅拌器搅拌12-36小时；

步骤四、将步骤三所得的混合物置于真空干燥器中干燥以除去气泡；

步骤五、将步骤四得到的产物去除干燥后的流体，然后均匀地填充到对应的模具中，放回真空干燥器中，在温度为90℃下放置2h；

步骤六、模具内的混合物变澄清后，将模具从真空干燥器中取出，放入到加热炉中加热，即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

在步骤一中，将氧化石墨烯粉末放入到110℃的烘箱中烘干12-36h。

在步骤二中，使用均化器将0.75-2份与100份的双酚A二给水甘油醚在3000rpm下混合1-3h。

在步骤三中，所述真空干燥箱的温度为50℃，将步骤三所得的混合物置于真空干燥箱中干燥1h。

在步骤六中，将模具放入加热炉中加热的条件为，在温度为145℃下加热8小时，然后在温度为160℃下固化8小时，冷却后即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

本发明的有益效果：

氧化石墨烯材料本身结构具有高强度的特征，极限值可达到100GPa。经过表面活性剂处理过后的氧化石墨烯具有很好的分散性。表面活性剂可以给氧化石墨烯提供很好的分子接口，有利于在类玻璃高分子材料中分散再组合。氧化石墨烯在类玻璃高分子材料中分散后，与类玻璃高分子材料中本身存在的交联网络中的共价键能够紧密结合，分散分子在机械性能测试或使用中受到的物理负载，提高整体结构的韧性。

附图说明

图1为添加不同比例氧化石墨烯对材料杨氏模量的影响；

图2为添加不同比例氧化石墨烯对材料极限抗拉强度的影响；

图3为制备得到的氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品的分子结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明：

实施例1

一种氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、将氧化石墨烯粉末烘干；

步骤二、以质量份计，称取2份步骤一中干燥后的氧化石墨烯粉末，与100份的双酚A二给水甘油醚中混合均匀；

步骤三、以质量份计，将步骤二中得到的氧化石墨烯粉末和双酚A二给水甘油醚的全部混合物与100份的癸二酸、5份的1,5,7-三氮杂二环[4,4,0]癸-5-烯在40-60℃水浴中用高速搅拌器搅拌24小时；

步骤四、将步骤三所得的混合物置于真空干燥器中干燥以除去气泡；

步骤五、将步骤四得到的产物去除干燥后的流体，然后均匀地填充到对应的模具(具体形状和原理为公知技术，在此不再赘述)中，放回真空干燥器中，在温度为90℃下放置2h；

步骤六、模具内的混合物变澄清后，将模具从真空干燥器中取出，放入到加热炉中加热，即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

在步骤一中，将氧化石墨烯粉末放入到110℃的烘箱中烘干12h。

在步骤二中，使用均化器将0.75-2份与100份的双酚A二给水甘油醚在3000rpm下混合3h。

在步骤三中，所述真空干燥箱的温度为50℃，将步骤三所得的混合物置于真空干燥箱中干燥1h。

在步骤六中，将模具放入加热炉中加热的条件为，在温度为145℃下加热8小时，然后在温度为160℃下固化8小时，冷却后即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

实施例2

一种氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、将氧化石墨烯粉末烘干；

步骤二、以质量份计，称取0.75份步骤一中干燥后的氧化石墨烯粉末，与100份的双酚A二给水甘油醚中混合均匀；

步骤三、以质量份计，将步骤二中得到的氧化石墨烯粉末和双酚A二给水甘油醚的全部混合物与100份的癸二酸、5份的1,5,7-三氮杂二环[4,4,0]癸-5-烯在40-60℃水浴中用高速搅拌器搅拌36小时；

步骤四、将步骤三所得的混合物置于真空干燥器中干燥以除去气泡；

步骤五、将步骤四得到的产物去除干燥后的流体，然后均匀地填充到对应的模具(具体形状和原理为公知技术，在此不再赘述)中，放回真空干燥器中，在温度为90℃下放置2h；

步骤六、模具内的混合物变澄清后，将模具从真空干燥器中取出，放入到加热炉中加热，即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

在步骤一中，将氧化石墨烯粉末放入到110℃的烘箱中烘干24h。

在步骤二中，使用均化器将0.75-2份与100份的双酚A二给水甘油醚在3000rpm下混合1h。

在步骤三中，所述真空干燥箱的温度为50℃，将步骤三所得的混合物置于真空干燥箱中干燥1h。

在步骤六中，将模具放入加热炉中加热的条件为，在温度为145℃下加热8小时，然后在温度为160℃下固化8小时，冷却后即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

实施例3

一种氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、将氧化石墨烯粉末烘干；

步骤二、以质量份计，称取1份步骤一中干燥后的氧化石墨烯粉末，与100份的双酚A二给水甘油醚中混合均匀；

步骤三、以质量份计，将步骤二中得到的氧化石墨烯粉末和双酚A二给水甘油醚的全部混合物与100份的癸二酸、5份的1,5,7-三氮杂二环[4,4,0]癸-5-烯在40-60℃水浴中用高速搅拌器搅拌12小时；

步骤四、将步骤三所得的混合物置于真空干燥器中干燥以除去气泡；

步骤五、将步骤四得到的产物去除干燥后的流体，然后均匀地填充到对应的模具(具体形状和原理为公知技术，在此不再赘述)中，放回真空干燥器中，在温度为90℃下放置2h；

步骤六、模具内的混合物变澄清后，将模具从真空干燥器中取出，放入到加热炉中加热，即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

在步骤一中，将氧化石墨烯粉末放入到110℃的烘箱中烘干36h。

在步骤二中，使用均化器将0.75-2份与100份的双酚A二给水甘油醚在3000rpm下混合2h。

在步骤三中，所述真空干燥箱的温度为50℃，将步骤三所得的混合物置于真空干燥箱中干燥1h。

在步骤六中，将模具放入加热炉中加热的条件为，在温度为145℃下加热8小时，然后在温度为160℃下固化8小时，冷却后即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

对比例

一种氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：

步骤一、将氧化石墨烯粉末烘干；

步骤二、以质量份计，称取3份步骤一中干燥后的氧化石墨烯粉末，与100份的双酚A二给水甘油醚中混合均匀；

步骤三、以质量份计，将步骤二中得到的氧化石墨烯粉末和双酚A二给水甘油醚的全部混合物与100份的癸二酸、5份的1,5,7-三氮杂二环[4,4,0]癸-5-烯在40-60℃水浴中用高速搅拌器搅拌12小时；

步骤四、将步骤三所得的混合物置于真空干燥器中干燥以除去气泡；

步骤五、将步骤四得到的产物去除干燥后的流体，然后均匀地填充到对应的模具(具体形状和原理为公知技术，在此不再赘述)中，放回真空干燥器中，在温度为90℃下放置2h；

步骤六、模具内的混合物变澄清后，将模具从真空干燥器中取出，放入到加热炉中加热，即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

在步骤一中，将氧化石墨烯粉末放入到110℃的烘箱中烘干36h。

在步骤二中，使用均化器将0.75-2份与100份的双酚A二给水甘油醚在3000rpm下混合2h。

在步骤三中，所述真空干燥箱的温度为50℃，将步骤三所得的混合物置于真空干燥箱中干燥1h。

在步骤六中，将模具放入加热炉中加热的条件为，在温度为145℃下加热8小时，然后在温度为160℃下固化8小时，冷却后即得氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的成品。

将上述实施例1-3和对比例所得的氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料和不添加氧化石墨烯粉末的普通类玻璃高分子材料进行力学性能分析检测，其结果如图1和图2所示，从图1可以得出，添加不同比例氧化石墨烯对类玻璃高分子材料杨氏模量的影响很大，在氧化石墨烯粉末与双酚A二给水甘油醚的比例为1:100时，所得材料的杨氏模量最大，随着氧化石墨烯粉末含量的增加和减少，所得材料的杨氏模量都会变小。

从图2中可以得出，添加不同比例氧化石墨烯对类玻璃高分子材料的极限抗拉强度的影响很大，在氧化石墨烯粉末与双酚A二给水甘油醚的比例为1:100时，所得材料的极限抗拉强度最大，随着氧化石墨烯粉末含量的增加和减少，所得材料的极限抗拉强度都会变小。

本申请通过简易步骤制备氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料，解决类玻璃高分子材料机械性能较差的问题和氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的制备问题，简单高效且制作过程中没有毒害挥发物，可以应用于大规模工业生产。

氧化石墨烯材料本身结构具有高强度的特征，极限值可达到100GPa。经过表面活性剂处理过后的氧化石墨烯具有很好的分散性。表面活性剂可以给氧化石墨烯提供很好的分子接口，有利于在类玻璃高分子材料中分散再组合。氧化石墨烯在类玻璃高分子材料中分散后，与类玻璃高分子材料中本身存在的交联网络中的共价键能够紧密结合，分散分子在机械性能测试或使用中受到的物理负载，提高整体结构的韧性。采用本申请的制备方法制备的氧化石墨烯增强的类玻璃高分子材料的分子式如图3所示。

尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。