專利名稱：端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域為材料化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯的方法。
背景技術(shù)：
2004年，曼徹斯特大學(xué)的Geim小組首次通過機械剝離法獲得了新型ニ維原子晶體一石墨烯，單層碳原子以SP2雜化連接構(gòu)成的ニ維蜂窩晶格，其理論厚度僅為0. 35nm，是目前所發(fā)現(xiàn)的最薄的ニ維材料。石墨烯的特殊結(jié)構(gòu)使其表現(xiàn)出優(yōu)異的物理化學(xué)特性。如石墨烯具有在已知材料中最高的強度；其載流子遷移率 達(dá)I. 5X IO4Cm2 V—1 S'在特定條件下(如低溫驟冷等)，其遷移率甚至可高達(dá)2. 5 X IO5Cm2 V-1 S-1 ;石墨烯具有金剛石的3倍的熱導(dǎo)率，達(dá)SxiO3W^nr1 .IT1 ;另外，石墨烯還具有室溫量子霍爾效應(yīng)(Hall effect)及室溫鐵磁性等特殊性質(zhì)，在航空航天、新材料、電力、電子等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。石墨烯的這一系列性能使其作為高性能功能填料在聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域表現(xiàn)出巨大的吸引力。熱致性液晶化合物是ー種新型的高性能高分子材料，具有模量高、強度高、自增強等特點，在液晶態(tài)下呈現(xiàn)出特有的易流動性、優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性、較低的線膨脹系數(shù)和密度等優(yōu)良的綜合性能。熱致性液晶在復(fù)合材料中可以起到自增強作用，對裂紋擴展具有約束閉合作用，少量熱致性液晶原纖的存在可以阻止裂紋，提高脆性基體的韌性而不降低材料的耐熱性和剛度。石墨烯/聚合物基復(fù)合材料可以實現(xiàn)材料的優(yōu)互補或增強，石墨烯可以極大地提高聚合物材料的機械性能，這歸因于石墨烯的高比表面積，強納米材料-基體界面作用和SP2雜化碳優(yōu)良的機械性能。同時，石墨烯/聚合物復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，可以做成可彎曲的導(dǎo)電薄膜材料，對無線電波有一定的屏蔽能力，可應(yīng)用于國防、軍エ領(lǐng)域制備抗靜電涂層，雷達(dá)吸波材料，以及潛艇飛機的隱身材料。另外，石墨烯在制備納電子場效應(yīng)晶體管，能源儲備和導(dǎo)熱材料方面也有很好的應(yīng)用前景。這些決定了石墨烯/聚合物基復(fù)合材料是目前研究的熱點，目前石墨烯/聚合物基復(fù)合材料的制備方法多祥，但大部分都操作エ藝流程復(fù)雜，存在污染現(xiàn)象，成本較高，難于在エ業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用，且端基含環(huán)氧基熱致性液晶接枝氧化石墨烯化合物的概念從未被使用過。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種端基含環(huán)氧基熱致性液晶接枝氧化石墨烯化合物，該化合物的制備原料易得，并在氧化石墨烯片層上成功接枝上端基含環(huán)氧基的熱致性液晶，實現(xiàn)了氧化石墨烯和熱致性液晶化合物結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢互補。具體步驟為
(I)稱取2 10克對苯ニ甲酰氯和I. 5^7. 5克對羥基苯甲酸加入到1(T50毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)溶劑中，滴加0. 05-0. Ig吡啶作催化劑，磁力攪拌下于5(T90°C反應(yīng)4 8小時；再加入6 30毫升亞硫酰氯(SOCl2)繼續(xù)反應(yīng)12 48小時；再加入I飛克ー縮ニこニ醇繼續(xù)反應(yīng)41小時；再加入0. 8^4克環(huán)氧丙醇，滴加0. 1-0. 5g 二月桂酸丁基錫做催化劑，繼續(xù)反應(yīng)41小時，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水こ醇洗滌2 3次，烘干即得到乳白色的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物。(2)將0. ri克氧化石墨和5(Tl00毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)混合，在超聲波環(huán)境下分散3(T120分鐘，形成均勻分散的氧化石墨烯混合溶液。(3)量取1(T50毫升亞硫酰氯(SOCl2)加入到步驟(2)制得的氧化石墨烯混合溶液中，磁力攪拌下于5(T80°C反應(yīng)12 48小時，反應(yīng)結(jié)束后，離心分離、產(chǎn)物用無水こ醇洗滌2^3次、烘干即得到酰氯化氧化石墨烯。(4)稱取0.廣1克步驟(3)制得的酰氯化氧化 石墨烯加入到2(T50毫升N，N-ニ甲基甲酰胺(DMF)中，超聲波分散均勻后加入到帶有攪拌器、溫度計和冷凝管的反應(yīng)容器中。(5)將5 50克步驟(I)制得的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物溶解于2(Tl00毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)中然后加入到步驟(4)所得產(chǎn)物中，再滴加0. 05-0. Ig吡啶作催化劑，在6(T90°C下反應(yīng)8 12小時，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水こ醇洗滌2 3次、烘干得到灰黑色產(chǎn)物，即為端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯。所述氧化石墨是以化學(xué)純鱗片石墨為原料，采用Hummers氧化法制得；其他化學(xué)試劑純度均為分析純。本方法采用廉價易得的原料，簡單的合成過程制備出ー種端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯，具有以下優(yōu)點
(I)制備氧化石墨烯的原料來源廣、低廉易得、操作容易、エ藝簡單，無污染。(2)石墨烯片層上成功接枝上了端基含環(huán)氧基的熱致性液晶，實現(xiàn)了氧化石墨烯和液晶高分子結(jié)構(gòu)上的優(yōu)勢互補。(3)制備エ藝比較簡單、操作方便、重現(xiàn)性好及污染小，有利于エ業(yè)上大規(guī)模的實際生產(chǎn)開發(fā)。(4)制得的端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯用于改性環(huán)氧樹脂，所得的復(fù)合材料的機械性能及熱性能都得到很大的提高。
具體實施例方式氧化石墨是以鱗片石墨為原料，采用Hummers氧化法制得，鱗片石墨為化學(xué)純；其他化學(xué)試劑純度均為分析純。實施例I :
(I)稱取2克對苯ニ甲酰氯和I. 5克對羥基苯甲酸加入到15毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)溶劑中，滴加0. 05g吡啶作催化劑，磁力攪拌下于80°C反應(yīng)6小時；再加入8毫升亞硫酰氯(SOCl2)繼續(xù)反應(yīng)12小時；再加入3克ー縮ニこニ醇繼續(xù)反應(yīng)6小時；再加入2. 5克環(huán)氧丙醇，滴加0. 2g 二月桂酸丁基錫做催化劑，繼續(xù)反應(yīng)6小時，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水こ醇洗滌3次，烘干即得到乳白色的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物。(2)將0. I克氧化石墨和50毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)混合，在超聲波環(huán)境下分散60分鐘，形成均勻分散的氧化石墨烯混合溶液；(3)量取15毫升亞硫酰氯(SOCl2)加入到步驟(2)制得的氧化石墨烯混合溶液中，磁カ攪拌下于80°C反應(yīng)24小時，反應(yīng)結(jié)束后，離心分離、產(chǎn)物用無水こ醇洗滌3次、烘干即得到酰氯化氧化石墨烯。(4)稱取0. I克步驟(3)制得的酰氯化氧化石墨烯加入到20毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)中，超聲波分散均勻后加入到帶有攪拌器、溫度計和冷凝管的反應(yīng)容器中；
(5)將8克步驟(I)制得的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物溶解于20毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)中然后加入到步驟(4)所得產(chǎn)物中，再滴加0. 05g吡啶作催化劑，在80°C下反應(yīng)8小時，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水こ醇洗滌3次、烘干得到灰黑色產(chǎn)物，即為端基含環(huán)氧基熱致性 液晶化合物接枝氧化石墨烯。實施例2
(I)稱取2克對苯ニ甲酰氯和3克對羥基苯甲酸加入到15毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)溶劑中，滴加0. Ig吡啶作催化劑，磁力攪拌下于80°C反應(yīng)6小時；再加入10毫升亞硫酰氯(SOCl2)繼續(xù)反應(yīng)24小時；再加入4克ー縮ニこニ醇繼續(xù)反應(yīng)6小時；再加入3. 5克環(huán)氧丙醇，滴加0. 3g 二月桂酸丁基錫做催化劑，繼續(xù)反應(yīng)6小時，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水こ醇洗滌3次，烘干即得到乳白色的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物。(2)將0. I克氧化石墨和50毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)混合，在超聲波環(huán)境下分散90分鐘，形成均勻分散的氧化石墨烯混合溶液。(3)量取30毫升亞硫酰氯(SOCl2)加入到步驟(2)制得的氧化石墨烯混合溶液中，磁力攪拌下于80°C反應(yīng)36小時，反應(yīng)結(jié)束后，離心分離、產(chǎn)物用無水こ醇洗滌3次、烘干即
得到酰氯化氧化石墨烯。(4)稱取0. I克步驟(3)制得的酰氯化氧化石墨烯加入到20毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)中，超聲波分散均勻后加入到帶有攪拌器、溫度計和冷凝管的反應(yīng)容器中。(5)將16克步驟(I)制得的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物溶解于40毫升N，N-ニ甲基甲酰胺(DMF)中然后加入到步驟(4)所得產(chǎn)物中，再滴加0. Ig吡啶作催化劑，在80°C下反應(yīng)8小時，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水こ醇洗滌3次、烘干得到灰黑色產(chǎn)物，即為端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯。實施例3
(I)稱取4克對苯ニ甲酰氯和I. 5克對羥基苯甲酸加入到15毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)溶劑中，滴加0. Ig吡啶作催化劑，磁力攪拌下于80°C反應(yīng)6小時；再加入8毫升亞硫酰氯(SOCl2)繼續(xù)反應(yīng)24小時；再加入3克ー縮ニこニ醇繼續(xù)反應(yīng)6小時；再加入2. 5克環(huán)氧丙醇，滴加0. 5g 二月桂酸丁基錫做催化劑，繼續(xù)反應(yīng)6小吋，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水こ醇洗滌3次，烘干即得到乳白色的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物。(2)將0. I克氧化石墨和50毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)混合，在超聲波環(huán)境下分散120分鐘，形成均勻分散的氧化石墨烯混合溶液。(3)量取30毫升亞硫酰氯(SOCl2)加入到步驟(2)制得的氧化石墨烯混合溶液中，磁力攪拌下于80°C反應(yīng)48小時，反應(yīng)結(jié)束后，離心分離、產(chǎn)物用無水こ醇洗滌3次、烘干即
得到酰氯化氧化石墨烯。
(4)稱取0. I克步驟(3)制得的酰氯化氧化石墨烯加入到20毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)中，超聲波分散均勻后加入到帶有攪拌器、溫度計和冷凝管的反應(yīng)容器中，然后將20克步驟(I)制得的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物溶解于40毫升N，N- ニ甲基甲酰胺(DMF)中然后加入到步驟(4)所得產(chǎn)物中，再滴加0. Ig吡啶作催化劑，在80°C下反應(yīng)8小時，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水こ醇洗滌3次、烘干得到灰黑色產(chǎn)物，即為端基含環(huán)氧基熱致性液晶化 合物接枝氧化石墨烯。
權(quán)利要求
1. 一種端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯的方法，其特征在于具體步驟為 (1)稱取2 10克對苯二甲酰氯和I.5^7. 5克對羥基苯甲酸加入到1(T50毫升N，N- 二甲基甲酰胺溶劑中，滴加0. 05-0. Ig吡啶作催化劑，磁力攪拌下于5(T90°C反應(yīng)4 8小時；再加入6 30毫升亞硫酰氯繼續(xù)反應(yīng)12 48小時；再加入I飛克一縮二乙二醇繼續(xù)反應(yīng)4 8小時；再加入0. 8^4克環(huán)氧丙醇，滴加0. 1-0. 5g 二月桂酸丁基錫做催化劑，繼續(xù)反應(yīng)4 8小時，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水乙醇洗滌2 3次，烘干即得到乳白色的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物； (2)將0.f I克氧化石墨和5(T100毫升N，N-二甲基甲酰胺混合，在超聲波環(huán)境下分散30^120分鐘，形成均勻分散的氧化石墨烯混合溶液； (3)量取1(T50毫升亞硫酰氯加入到步驟(2)制得的氧化石墨烯混合溶液中，磁力攪拌下于5(T80°C反應(yīng)12 48小時，反應(yīng)結(jié)束后，離心分離、產(chǎn)物用無水乙醇洗滌2 3次、烘干即得到酰氯化氧化石墨烯； (4)稱取0.n克步驟(3)制得的酰氯化氧化石墨烯加入到2(T50毫升N，N-二甲基甲酰胺中，超聲波分散均勻后加入到帶有攪拌器、溫度計和冷凝管的反應(yīng)容器中； (5)將5 50克步驟(I)制得的端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物溶解于2(T100毫升N，N-二甲基甲酰胺中然后加入到步驟(4)所得產(chǎn)物中，再滴加0. 05-0. Ig吡啶作催化劑，在6(T9(TC下反應(yīng)8 12小時，反應(yīng)結(jié)束后，用大量水使產(chǎn)物沉淀，減壓抽濾，產(chǎn)物用無水乙醇洗滌2 3次、烘干得到灰黑色產(chǎn)物，即為端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯； 所述氧化石墨是以化學(xué)純鱗片石墨為原料，采用Hummers氧化法制得；其他化學(xué)試劑純度均為分析純。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯的方法。以對苯二甲酰氯、對羥基苯甲酸、亞硫酰氯、一縮二乙二醇和環(huán)氧丙醇為原料，吡啶和二月桂酸丁基錫作為催化劑反應(yīng)制得端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物；亞硫酰氯加入超聲波分散形成的氧化石墨烯混合液中反應(yīng)制得酰氯化氧化石墨烯；酰氯化氧化石墨烯與端基含環(huán)氧基團熱致性液晶化合物為原料，以吡啶作催化劑，反應(yīng)制得端基含環(huán)氧基熱致性液晶化合物接枝氧化石墨烯。所述氧化石墨是以化學(xué)純鱗片石墨為原料，采用Hummers氧化法制得；其他化學(xué)試劑純度均為分析純。本發(fā)明原料來源廣，制備工藝簡單，無污染，成本較低，利于工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號C08G63/78GK102766265SQ20121028418
公開日2012年11月7日 申請日期2012年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月12日
發(fā)明者凌日華, 李善榮, 祁博, 袁正凱, 陸紹榮 申請人:桂林理工大學(xué)