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國內水泥混凝土外加劑技術資料
氧化石墨烯/不飽和聚酯復合材料
來源:
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作者:pro10845f02
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發布時間: 2014-08-29
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不飽和聚酯樹脂（UPR)具有良好的力學性能、電性能和耐化學性能，是復合增強材料中使用量最多的一種樹脂，其復合材料被廣泛用于船舶、汽車、建材業等工業。與其它熱固性樹脂相比，UPR具有粘度低，加工方便，既可在常溫常壓下固化，也可在加溫加壓下反應；固化不放出小分子，可制造出比較均勻的產品；價格適中；等等。但是，普通UPR的韌性、耐熱性和耐腐蝕性等還不甚理想。因此提高UPR的力學性能和耐受性等改性研究工作具有重要意義。
改善性能的一個很好辦法就是加入填料，如蒙脫土、氣相二氧化硅、海泡石、高嶺土、納米氮化鋁、納米二氧化鈦、納米陶土和碳納米管（中國專利CN101407622)等。據考察，目前國內外還沒有報道關于利用石墨烯材料來增強不飽和聚酯樹脂的復合材料。
石墨烯是擁有Sp2雜化軌道的二維碳原子晶體，由Geim等于2004年發現，并能穩定存在，是目前世界上最薄的材料-單原子厚度的無機納米材料。石墨烯不僅具有優異的電學性能，而且質量輕，導熱性好，拉伸強度和模量分別為125GPa和1060GPa，強度是鋼的100多倍。與昂貴的富勒烯和碳納米管相比，氧化石墨烯價格低廉，原料易得，有望成為聚合物納米復合材料的優質填料。近年來，Ruoff等用化學方法相繼研制出石墨烯/聚合物導電納米復合材料和無支撐的氧化石墨烯紙（Nature,2006,442(7100):282；Nature.2007,448:457)，掀起了氧化石墨烯應用研究的熱潮。
從石墨制備氧化石墨（GraphiteOxide,GO)被認為是大規模合成石墨烯的戰略起點。GO的制備方法通常有Brodie法、Standenmaier法和Hummers法。GO可進一步用機械方法，如熱解膨脹或在溶劑中超聲分散，制備穩定的準二維氧化石墨烯懸浮液。氧化石墨烯要填入到非親水性材料當中，一般需要將其進行改性后使其可溶于有機溶劑中。
據恒志信網消息：國內最新研制成功一種工藝簡單、易操作、可工業化的氧化石墨烯/不飽和聚酯復合材料及其制備方法。新技術原料為：二元醇、氧化石墨烯、飽和二元酸或酸酐、不飽和二元酸或酸酐、乙烯基單體以及常規的阻聚劑、弓丨發劑和促進劑，其中氧化石墨烯的含量為O.06-0.5wt%,。
制備所述的氧化石墨烯/不飽和聚酯復合材料的方法，將氧化石墨烯加入二元醇中直接進行超聲分散，或是將二元醇加入氧化石墨烯水溶液中進行超聲分散再分餾除去水得到均勻分散的氧化石墨烯/二元醇溶液；與計量比的飽和二元酸或酸酐、不飽和二元酸或酸酐以及阻聚劑進行縮聚反應，聚合完成后加入乙烯基單體稀釋后制備出氧化石墨烯/不飽和聚酯樹脂；最后再加入引發劑和促進劑固化交聯后得到氧化石墨烯/不飽和聚酯復合材料。
制備氧化石墨烯/不飽和聚酯復合材料的方法，其特征在于，具體步驟包括：
1、往40重量份的二元醇中加入O.1-0.9重量份的氧化石墨烯，20_50℃下劇烈攪拌并超聲O.5-2h，得到均勻分散的氧化石墨烯/二元醇溶液。或往已制備好的氧化石墨烯水溶液加入40重量份的二元醇，攪拌均勻后超聲半小時，得到均勻分散的氧化石墨烯/水/二元醇溶液；將此溶液轉移到帶有溫度計、導氣管、機械攪拌和分餾柱的四頸燒瓶中，接上蒸餾裝置后攪拌并通氮氣，升溫至100-180℃，保溫數小時，直至無水蒸餾出來，得到均勻分散的氧化石墨烯/二元醇溶液；
2、將第一步得到的氧化石墨烯/二元醇溶液中加入計量比的飽和二元酸或酸酐、不飽和二元酸或酸酐和阻聚劑，升溫至150-160℃，保溫O.5?1.5h，結束后升溫至190?210℃脫水酯化，控制分餾柱溫度彡1050C;當酸值達到20?60mgKOH/g時，降溫至7(T120℃，加入溶有阻聚劑的乙烯基單體，重量為整個體系的1/3進行稀釋，分散均勻得到氧化石墨烯/不飽和聚酯樹脂；
3、取第二步所得到的氧化石墨烯/不飽和聚酯樹脂100重量份，加入2-4重量份的引發劑攪拌均勻，再加入<O.5重量份的促進劑并攪拌均勻；將以上固化體系倒入模具中，真空除氣泡，在<100℃但>0℃下固化成型，得到氧化石墨烯/不飽和聚酯復合材料。
新技術有益效果
1、提出了一種簡便的方法來制備氧化石墨烯/不飽和聚酯復合材料，并不需要預先對氧化石墨烯進行改性處理使其溶于有機溶劑，而是通過氧化石墨烯直接超聲分散于二元醇，或將二元醇加入氧化石墨烯/水溶液后進行分餾處理，得到分散良好的氧化石墨烯/二元醇溶液作為二元醇原料；
2、采用多步法合成技術，操作容易，產品質量穩定，工藝簡單，易于工業擴大生產，實用性強；
3、所得到的樹脂具有氣干性，不需要再加入封端劑，耐腐蝕和老化，并且材料的力學、熱學和電學性能滿足通用性不飽和聚酯樹脂眾多領域的要求。
4、新技術制備方法采用的復合改性材料來源于石墨，價格較低，有利于降低成本。比同類不改性的通用型不飽和聚酯樹脂成本低10％，但力學性能、熱學性能和電學性能均有較大幅度的提高。
