本发明专利技术公开了一种甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料，其制备方法包括以下步骤：(1)制备氧化石墨烯；(2)将马来酸酐于75℃的油浴锅中搅拌溶解，然后将氧化石墨烯加入溶解的马来酸酐中反应3h，再添加蒸馏水并升温到86℃反应16h，最后抽滤、洗涤、干燥、研磨制得马来酸酐改性的氧化石墨烯；(3)将马来酸酐改性的氧化石墨烯分散在二甲基甲酰胺中，然后加入甲硝唑、二环己基二亚胺和4-二甲氨基吡啶，在氮气保护下，80℃反应48h，制得甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料。本发明专利技术使用常规材料，在温和条件下制得复合材料，并将其添加到涂层中，充分发挥复合材料与涂层两者的优异性能，降低对环境的污染。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子复合材料
，具体涉及一种甲硝唑改性氧化石墨烯复合 材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的六角晶格平面薄膜，只有一个或多 个碳原子厚度的二维材料，其导电性、导热性、透光性好，机械强度好于现有的其他材料。 2004年由英国曼彻斯特大学的Novoselov和Geim用胶带剥离高定向石墨的方法首次成功制 得真正能够独立存在的二维石墨烯晶体。石墨烯在平面内有无限重复的周期结构，在垂直 于平面的方向只有纳米尺度，可以看作是具有宏观尺寸的纳米材料。石墨烯具有高理论比 表面积（约2630m 2/g)，大的纵横比（>1000)以及很好的力学强度(杨氏模量为1060GPa)，这 些预示着石墨烯对高分子材料高效增强方向具有潜在优势。 但现有技术中制备石墨烯复合材料时，对石墨烯的利用主要集中于石墨烯上的羧 基，然而氧化过程中羧基的含量并不多，且多数的位置处于石墨烯的边缘，导致石墨烯上羧 基的利用率不高，使得其他分子对石墨烯的改性难以成功，最终不能充分发挥石墨烯材料 的特性。
技术实现思路
本专利技术针对上述不足之处而提供的一种甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料及其制 备方法，通过马来酸酐和甲硝唑改性氧化石墨烯，增加羧基的含量，进而增加羧基的利用率 及后续的改性。 为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是： -种甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料，其制备方法包括以下步骤： (1)取鳞片石墨(GR)与浓H2SO4混合，超声分散20min，然后将混合物浸入冰水浴中 搅拌反应30min，接着缓慢加入NaN0 3反应30min后加入KMn〇4反应2h，将反应物移到39°C的油 浴锅中搅拌反应2.5h，然后再加入蒸馏水，并将反应温度升至95°C，反应1.5h后再加入10 % 的H202反应lh，用0.5mol/L的HC1洗涤，离心、超声、干燥、研磨制备出氧化石墨烯(G0);其中 所添加鳞片石墨与浓H 2S〇4的重量比为1:50-60;鳞片石墨与NaN03的重量比为1:1.2-1.5;鳞 片石墨与KMnCU的重量比为1:4_8;鱗片石墨与H2O2的重量比为1:50_60; (2)将马来酸酐(MA)加入三口烧瓶中，放入75°C的油浴锅中搅拌溶解，搅拌状态下 将G0加入到溶解的MA中反应3h，然后再添加蒸馏水并升温到86°C反应16h，最后抽滤、洗涤、 干燥、研磨制得马来酸酐改性的氧化石墨烯(GM);其中氧化石墨烯与马来酸酐的重量比为 1:10-20； (3)将GM分散在二甲基甲酰胺(DMF)中，然后加入甲硝唑(MET)、二环己基二亚胺 (DCC)和4-二甲氨基吡啶(DMAP)，在氮气保护下，80°C反应48h，制得甲硝唑改性氧化石墨烯 复合材料(GME);其中GM与DMF的重量比为1:50-60;61与]\^1'的重量比为1:8-10;61与0〇：的 重量比为1:1-2;GM与DMAP的重量比为125:1。 本专利技术提供的，具有以下几种 有益效果： (1)马来酸酐（即顺丁烯二酸酐)开环反应之后，马来酸酐的一端形成羧基，另一端 与氧化石墨烯的羟基反应生成脂键，从而成功增加氧化石墨烯上的羟基含量，甲硝唑上的 羟基与改性氧化石墨烯上的羧基反应，生成脂键，从而生成甲硝唑改性氧化石墨烯复合材 料，同时增加氧化石墨烯上的羧基含量，缓蚀剂改性氧化石墨烯并将其添加到涂层中增加 涂层的机械性能以及防腐性能。 (2)本专利技术使用常规材料，在温和条件下制得复合材料，并将其添加到涂层中，充 分发挥复合材料与涂层两者的优异性能，降低对环境的污染。【附图说明】 图1为G0、GM和GME的红外光谱图；其中曲线a为G0的红外光谱图;b为GM的红外光谱 图；c为GME的红外光谱图； 图2为G0、GM和GME的XRD光谱图；其中曲线a为G0的XRD光谱图；b为GM的XRD光谱图； c为GME的XRD光谱图； 图3为G0、GM和GME的TG光谱图； 图4为G0、GM和GME的DTA光谱图； 图5为G0的XPS谱图； 图6为G0的Cls谱图； 图7为GME的XPS谱图； 图8为GME的Cls谱图；图9为纯epoxy涂层4_48h电化学阻抗谱图； 图10为纯epoxy涂层60_108h电化学阻抗谱图；图11为GME/epoxy复合涂层4_72h电化学阻抗谱图；图12为GME/epoxy复合涂层72_156h电化学阻抗谱图； 图13为GME/epoxy复合涂层156_264h电化学阻抗谱图。【具体实施方式】 实施例1 -种甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤： (1)取0.8g鳞片石墨(GR)与24mL的浓H2S〇4放入三口烧瓶中超声分散20min，然后将 混合物浸入冰水浴中搅拌反应30min，接着缓慢加入lg NaN03反应30min后加入4.8g KMn〇4 反应2h，将反应物移入39°C的油浴锅中搅拌反应2.5h，然后再加入41mL的蒸馏水，并将反应 温度升至95°C，反应1.5h后再加入10%的H 2〇2 120mL反应lh，用100mL的HC1 (0.5mol/L)洗 涤，离心、超声、干燥、研磨制备出氧化石墨烯(GO); (2)将8g的马来酸酐(ΜΑ)加入三口烧瓶中，放入75°C的油浴锅中搅拌溶解，搅拌状 态下将0.4g G0加入到溶解的MA中反应3h，然后向三口烧瓶中加入140mL的蒸馏水并升温至 86°C反应16h，最后抽滤、洗涤、干燥、研磨制得马来酸酐改性的氧化石墨烯(GM); (3)将0 · 5g GM分散在50mL二甲基甲酰胺(DMF)中，再加入5g的甲硝唑(MET)、0 · 5g 二环己基二亚胺(DCC)和0.04g 4-二甲氨基吡啶(DMAP)，在氮气保护下，80°C反应48h，制得 甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料(GME)。 实验例 通过MA改性G0增加 G0片层上的羧基含量，并利用羧基与甲硝唑上的羟基反应制得 复合材料GME，通过FTIR，XRD，TGA，XPS分析改性与接枝的成功，通过El S分析复合材料添加 物对环氧树脂涂层防腐性能的研究。实验结果表明改性接枝后的G0在环氧树脂中有着优异 的防腐性能，而且对复合材料的韧性有所改善。 (1)红外光谱分析 氧化石墨烯(G0)、马来酸酐改性的氧化石墨烯(GM)和甲硝唑改性氧化石墨烯复合 材料(GME)的红外光谱图见图1。图1中曲线a为G0的特征吸收振动峰，含有的含氧官能团分 别有-0^1(3356(^ 1) ^ = 0(1719(^1) ,00-(:(12490^1)和C-0(1120cm-4。通过MA改性G0之后 得到GM，GM的红外光谱如图1曲线b所示，由于改性的目的是将G0上的羟基改性为羧基，均为 G0上含有的原有官能团，所以曲线b中并未出现其他特征吸收峰。GME为甲硝唑与GM反应的 复合材料。通过甲硝唑上的羟基与GM上的羧基反应，生成GME复合材料，GME的红外光谱如图 1曲线c所示。甲硝唑的特征吸收峰分别有011(32330^ 1) { = ^1637(^1) ^ = 0(1388(^1)， C-N02(844CHT1)，而在1413CHT1为甲硝唑的咪唑环的特征峰。从红外谱图分析可以得MA改性 GO本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备氧化石墨烯取鳞片石墨与浓H2SO4混合，超声分散20min，然后将混合物浸入冰水浴中搅拌反应30min，接着加入NaNO3反应30min后再加入KMnO4反应2h，将反应物移到39℃的油浴锅中搅拌反应2.5h，然后再加入蒸馏水，并将反应温度升至95℃，反应1.5h后加入10％的H2O2反应1h，用0.5mol/L的HCl洗涤，离心、超声、干燥、研磨制备出氧化石墨烯；(2)制备马来酸酐改性的氧化石墨烯将马来酸酐于75℃的油浴锅中搅拌溶解，然后将氧化石墨烯加入溶解的马来酸酐中反应3h，再添加蒸馏水并升温到86℃反应16h，最后抽滤、洗涤、干燥、研磨制得马来酸酐改性的氧化石墨烯；(3)制备甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料将马来酸酐改性的氧化石墨烯分散在二甲基甲酰胺中，然后加入甲硝唑、二环己基二亚胺和4‑二甲氨基吡啶，在氮气保护下，80℃反应48h，制得甲硝唑改性氧化石墨烯复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何毅，吕亮，余宗学，第海辉，曾广勇，潘阳，詹迎青，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。