一种石墨烯改性的水性环氧树脂的制备方法与流程

1.本发明涉及环氧树脂制备技术领域，具体为一种石墨烯改性的水性环氧树脂的制备方法。


背景技术：

2.环氧树脂(ep)有优异的粘结性、良好的热性能和机械性能，以其为基体的复合材料已广泛应用于航天航空等领域，然而纯的环氧树脂的脆性大、热性能以及电性能等还不能完全满足这些高性能材料的要求。
3.石墨烯是从石墨中剥离出来的单层石墨片，具有二维蜂窝状结，有优异的导热性、耐热性和气体阻隔作用，而现有的环氧树脂导热性、耐温性和气体阻隔性能较差。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯改性的水性环氧树脂的制备方法，具备工艺路线简单，无任何有毒气体产生，环氧树脂固化后仍有良好的反应性能等优点，解决了上述背景技术中提到的上述背景技术中提出的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述工艺路线简单，无任何有毒气体产生，引入氧化石墨烯让环氧树脂在固化后仍有良好的反应性能的目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯改性的水性环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
8.步骤1、首先将40～50份环氧树脂与10～30份脂肪酸溶解于5～15份溶剂置于反应装置中，加入0.1～1份催化剂一，向反应装置充入氮气，加热20～80℃，搅拌反应6～24小时；
9.步骤2、再向反应装置中加入10～20份中和剂，加热10～70℃，反应1～8小时；
10.步骤3、通过静置分层，除去未反应的脂肪酸、催化剂一和溶剂；
11.步骤4、将0.1～10份交联剂和0.1～1份催化剂二加入反应装置中，加热100～170℃，反应9～36小时；
12.步骤5、将2～5份氧化石墨烯置于5～10份去离子水中，在转速为4000～8000r/min的搅拌下得到氧化石墨烯溶液，通过过滤的方式除去未溶解的氧化石墨烯；
13.步骤6、将步骤5中得到的氧化石墨烯溶液置入反应装置中，加热50～100℃，反应18～72小时，放置降至室温，得到目标产物。
14.优选的，水性环氧树脂包括环氧树脂e
‑
12、e
‑
20、e
‑
44、e
‑
51、e
‑
54或多种树脂组成。
15.优选的，所述脂肪酸包括巴西基酸、月桂二酸。
16.优选的，所述溶剂包括醋酸丁酯、乙酸丁酯。
17.优选的，所述催化剂一包括n，n
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二丙基
‑1‑
丙胺、n，n
‑
二甲基苯胺、氢氧化四乙铵。
18.优选的，所述中和剂包括饱和碳酸氢钠溶液、饱和碳酸钾溶液、饱和碳酸钠溶液。
19.优选的，所述交联剂包括tdi、hdi、ipdi或两种及两种以上的成分组成。
20.优选的，所述催化剂二包括四氢呋喃、司盘80、dmf。
21.改性后的环氧树脂相比于环氧树脂本身，由于引入大量的羟基、羧基以及酯基，在亲水性方面有所增强；对于引入石墨烯本身来讲，石墨烯有良好的耐热性、韧性，引入石墨烯分子会使环氧树脂增韧以及耐热。
22.对于在1000g的水中，改性后的环氧树脂比原环氧树脂溶解摩尔量增加了30％；
23.改性后的环氧树脂的玻璃化温度tc比原环氧树脂玻璃化温度要高10％。
24.与现有技术相比，本发明提供了一种石墨烯改性的水性环氧树脂的制备方法，具备以下有益效果：
25.该石墨烯改性的水性环氧树脂的制备方法，工艺路线简单，无任何有毒气体产生，通过氧化石墨烯让环氧树脂在固化后仍有良好的反应性能，改性后的环氧树脂相比于环氧树脂，通过引入大量的羟基、羧基以及酯基，在亲水性方面有所增强，通过石墨烯有良好的耐热性、韧性，引入石墨烯分子会使环氧树脂增韧以及耐热。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.一种石墨烯改性的水性环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：
28.步骤1、首先将40～50份环氧树脂与10～30份脂肪酸溶解于5～15份溶剂置于反应装置中，加入0.1～1份催化剂一，向反应装置充入氮气，加热20～80℃，搅拌反应6～24小时；
29.步骤2、再向反应装置中加入10～20份中和剂，加热10～70℃，反应1～8小时；
30.步骤3、通过静置分层，除去未反应的脂肪酸、催化剂一和溶剂；
31.步骤4、将0.1～10份交联剂和0.1～1份催化剂二加入反应装置中，加热100～170℃，反应9～36小时；
32.步骤5、将2～5份氧化石墨烯置于5～10份去离子水中，在转速为4000～8000r/min的搅拌下得到氧化石墨烯溶液，通过过滤的方式除去未溶解的氧化石墨烯；
33.步骤6、将步骤5中得到的氧化石墨烯溶液置入反应装置中，加热50～100℃，反应18～72小时，放置降至室温，得到目标产物。
34.进一步，水性环氧树脂包括环氧树脂e
‑
12、e
‑
20、e
‑
44、e
‑
51、e
‑
54或多种树脂组成。
35.进一步，脂肪酸包括巴西基酸、月桂二酸。
36.进一步，溶剂包括醋酸丁酯、乙酸丁酯。
37.进一步，催化剂一包括n，n
‑
二丙基
‑1‑
丙胺、n，n
‑
二甲基苯胺、氢氧化四乙铵。
38.进一步，中和剂包括饱和碳酸氢钠溶液、饱和碳酸钾溶液、饱和碳酸钠溶液。
39.进一步，交联剂包括tdi、hdi、ipdi或两种及两种以上的成分组成。
40.进一步，催化剂二包括四氢呋喃、司盘80、dmf。
41.实验例1
42.s1、首先将40份环氧树脂e
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44与25份月桂二酸溶解于15份醋酸丁酯置于反应装置中，加入0.5份n，n
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二甲基苯胺，向反应装置充入氮气，加热75℃，不断搅拌，反应18小时。
43.s2、再向反应装置中加入5份饱和碳酸钾溶液，加热50℃，不断搅拌，反应6小时。
44.s3、通过分液漏静置分层，来除去未反应的月桂二酸、n，n
‑
二甲基苯胺和醋酸丁酯。
45.s4、将2份tdi和0.5份dmf加入反应装置中，加热160℃，反应24小时。
46.s5、将2份氧化石墨烯置于10份去离子水中，在转速为6000r/min的搅拌下得到氧化石墨烯溶液，通过过滤的方式除去未溶解的氧化石墨烯。
47.s6、将s5中得到的氧化石墨烯溶液置入反应装置中，加热80℃反应48小时。放置降至室温，得到目标产物。
48.实施例2
49.s1、首先将50份环氧树脂e
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20与30份巴西基酸溶解于8份乙酸丁酯置于反应装置中，加入0.1份n，n
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二丙基
‑1‑
丙胺，向反应装置充入氮气，加热60℃，不断搅拌，反应22小时。
50.s2、再向反应装置中加入10份饱和碳酸钠溶液，加热65℃，反应4小时，
51.s3、通过静置分层，来除去未反应的巴西基酸、n，n
‑
二丙基
‑1‑
丙胺和乙酸丁酯。
52.s4、将0.7份ipdi和0.2份dmf加入反应装置中，加热110℃，反应12小时。
53.s5、将1份氧化石墨烯置于10份去离子水中，在转速为7000r/min的搅拌下得到氧化石墨烯溶液，通过过滤的方式除去未溶解的氧化石墨烯。
54.s6、将s5中得到的氧化石墨烯溶液置入反应装置中，加热60℃，反应24小时，放置降至室温，得到目标产物。