一种纳米二硫化钼改性海藻酸钠复合材料的制备方法
【专利说明】
一、技术领域
[0001]本发明涉及一种纳米二硫化钼改性海藻酸钠复合材料的制备方法，属于功能材料技术领域。
二、【背景技术】
[0002]海藻酸钠是一种白色或淡黄色粉末状的天然多糖，具有制剂辅料所需的稳定性、溶解性、安全性和绝缘性，微溶于水，不溶于大部分有机溶剂。由于海藻酸钠具有能浓缩溶液、形成凝胶和成膜的能力，所以被广泛应用于食品、医药、材料等众多领域。而在材料领域，海藻酸钠可以作为增稠剂、乳化剂、稳定剂、粘合剂、上浆剂等使用，也可以用于橡胶工业的胶乳浓缩剂以及涂料。但由于其独特的分子结构，分子量分布宽等特点，海藻酸钠的机械强度较低，耐热性较差，在应用上受到很大限制。近些年的研究发现，二维纳米材料的加入可以提高海藻酸钠的热力学性能，提升海藻酸钠的附加值，拓宽其应用领域，为我国纺织、消防等行业做贡献。
[0003]如专利号为201410399097.8(授权公号为CN104178845A)的中国发明专利《一种碳基纳米粒子海藻酸钠多功能高性能复合纤维及其制备方法》，披露了一种碳基纳米粒子/海藻酸钠复合纤维的制备方法，通过将氧化石墨烯加入海藻酸钠水溶液，得到氧化石墨烯/海藻酸钠水溶液;再向上述溶液中加入碳纳米管，制得碳纳米管/氧化石墨烯/海藻酸钠纺丝液;过滤、脱泡得到碳基纳米粒子/海藻酸钠复合纤维。
[0004]然而，石墨烯作为一种导电材料，会破坏海藻酸钠本身的绝缘性能，缩小其在生活生产中的应用范围。而二硫化钼作为一种半导体材料，具有与石墨类似的化学性质，可以采用机械或化学剥层技术形成类石墨烯结构的纳米二硫化钼。因为其具有优异的性能，已经引起了人们继石墨烯材料后又一广泛的关注。
[0005]纳米二硫化钼是近几年涌现出来的具有优异性质的无机材料，在结构上与石墨烯类似，属于单片层或微层结构。与普通二硫化钼相比，纳米二硫化钼具有许多优异的性能，如:优异的摩擦性能，比表面积极大，吸附能力更强，反应活性高等。在纳米二硫化钼层间插入其它基团后所形成的纳米插层复合材料有许多优异的性质，在改性聚合物的同时不增加其导电性，而且可以提高聚合物的热学性能和力学性能，在复合材料的制备领域有很大的应用前景。
三、
【发明内容】
[0006]本发明涉及一种纳米二硫化钼改性海藻酸钠复合材料的制备方法，所要解决的技术问题是遴选合适的改性剂以提高海藻酸钠的热学性能和力学性能。
[0007]本发明利用经海藻酸钠辅助剥离的纳米二硫化钼和海藻酸钠复合，制备纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料。海藻酸钠辅助剥离的纳米二硫化钼表面含有丰富的官能团，将其加入到海藻酸钠溶液中有很好的相容性，可以提高复合材料的热学性能和机械性能。这种方法工艺简单，性价比高，环境友好。
[0008]本发明纳米二硫化钼改性海藻酸钠复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0009](I)将海藻酸钠分散于去离子水中，加入二硫化钼粉末，通过超声振荡对二硫化钼进行剥离，得到片层纳米二硫化钼，具体过程如下:
[0010]将Ig海藻酸钠粉末溶于10mL去离子水中，55°C溶解2h，溶解后加入0.1g二硫化钼粉末，超声振荡5.5h，超声振荡的过程中每隔30分钟再机械搅拌1.5分钟，得到片层纳米二硫化钼分散液。
[0011](2)将所得片层二硫化钼离心，用去离子水洗涤，洗去附着在片层二硫化钼上的海藻酸钠，干燥后得到功能化的纳米二硫化钼，具体过程如下:
[0012]将片层纳米二硫化钼分散液以6000转/分钟离心10分钟，取上层溶液，用去离子水洗涤3次，-50 0C冻干24h，得到功能化的纳米二硫化钼。
[0013](3)将海藻酸钠与功能化的纳米二硫化钼混合于去离子水中，分散均匀，60°C真空干燥24h，得到纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料。
[0014]海藻酸钠的添加量为功能化的纳米二硫化钼质量的0.2-1.0%。
[0015]本发明有以下两个优点:
[0016]1、通过超声的方法在海藻酸钠溶液中辅助剥离了二硫化钼粉末，使已剥离的纳米二硫化钼表面带上小分子官能团；
[0017]2、功能化的纳米二硫化钼与海藻酸钠基体有很好的相容性，所制备的复合材料在热学性能和力学性能方面相较于纯的海藻酸钠材料有大幅度提高。
四、【附图说明】
[0018]图1为本发明制备的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的X-射线衍线(XRD)图。
[0019]图2为本发明制备的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的拉曼光谱(Raman)图。
[0020]图3为本发明制备的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料在有机溶剂中的分散状态图。
[0021]图4为本发明制备的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的热重分析(TGA)图。
[0022]图5为本发明制备的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的动态力学分析(DMA)图。
五、【具体实施方式】
[0023]实施例1:
[0024]本实施例中纳米二硫化钼改性海藻酸钠复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0025]1、将Ig海藻酸钠粉末溶于10mL去离子水中，55°C溶解2h，溶解后加入0.1g二硫化钼粉末，超声振荡5.5h，超声振荡的过程中每隔30分钟再机械搅拌1.5分钟，得到片层纳米二硫化钼分散液。
[0026]2、将片层纳米二硫化钼分散液以6000转/分钟离心10分钟，取上层溶液，用去离子水洗涤3次，-50 0C冻干24h，得到功能化的纳米二硫化钼。
[0027]图1为本发明制备的纳米二硫化钼的X-射线衍线(XRD)照片，从图1中可以看出制备出的纳米二硫化钼在Θ = 14.44°的特征峰比原始二硫化钼弱得多，说明剥离后的纳米二硫化钼结晶性能变差，层间距增大。
[0028]图2为本发明制备的纳米二硫化钼的拉曼光谱(Raman)图，从图2中可以看出制备出的纳米二硫化钼的峰相对于初始的二硫化钼粉末的峰有蓝移现象，说明二硫化钼粉末已成功剥离。
[0029]3、将998mg海藻酸钠粉末与2mg功能化的纳米二硫化钼加入到去离子水中，机械搅拌至混合均匀，60°C真空干燥24h，得到纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料。
[0030]图3为本发明制备的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料在有机溶剂中的分散状态，反应了其与溶剂的相容性。a图为未剥离的二硫化钼粉末在海藻酸钠溶液中分散不均匀，出现了分层现象。b图为纳米二硫化钼在海藻酸钠溶液中的分散状态，溶液均匀且稳定，无分层现象。说明经海藻酸钠辅助剥离后得到的功能化的纳米二硫化钼与海藻酸钠体系相容性良好。
[0031]图4为本发明制备的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的热重分析(TGA)图，由图中可看出，功能化的纳米二硫化钼可明显提高海藻酸钠的热学性能。随着纳米二硫化钼的加入，纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的残炭率也提高，热失重为81.8%，而纯的海藻酸钠材料热失重为93.9%，减少了 12.1 %。证明2mg的功能化的纳米二硫化钼的加入可提高纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的热学性能。
[0032]图5为本发明制备的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的动态力学分析(DMA)图，由图可以看出，功能化的纳米二硫化钼可明显提高海藻酸钠的储能模量。随着纳米二硫化钼的加入，纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的储能模量为7127MPa，而纯的海藻酸钠材料的储能模量为1638MPa，提高了4.35倍。证明2mg的功能化纳米二硫化钼的加入量可提高纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的力学性能。
[0033]实施例2:
[0034]1、本步骤的制备过程同实施例1。
[0035]2、本步骤的制备过程同实施例1。
[0036]3、将995mg海藻酸钠粉末与5mg功能化的纳米二硫化钼加入到去离子水中，机械搅拌至混合均匀，60°C真空干燥24h，得到纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料。
[0037]经表征，本实施例所得的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的热失重为75.9%，相对于纯的海藻酸钠材料热失重减少了 18%，相对于实施例1的热失重减少了5.8%，证明5mg的功能化纳米二硫化钼的加入量可提高纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的热学性能。
[0038]本实施例所得的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的储能模量为16832MPa，相对于纯的海藻酸钠材料储能模量提高了 10.3倍。证明5mg的功能化纳米二硫化钼的加入量可提高纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的力学性能。
[0039]实施例3:
[0040]1、本步骤的制备过程同实施例1。
[0041]2、本步骤的制备过程同实施例1。
[0042]3、将990mg海藻酸钠粉末与1mg功能化的纳米二硫化钼加入到去离子水中，机械搅拌至混合均匀，60°C真空干燥24h，得到纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料。
[0043]经表征，本实施例所得的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的热失重为68.3%，相对于纯的海藻酸钠材料热失重减少了25.6%，相对于实施例1的热失重减少了 13.5%，相对于实施例2的热失重减少了7.6%，证明1mg的功能化纳米二硫化钼的加入量可提高纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的热学性能。
[0044]经表征，本实施例所得的纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的储能模量为9 5 O 8 MP a，相对于纯的海藻酸钠材料储能模量提高了 5.8倍。证明1 m g的功能化纳米二硫化钼的加入量可提高纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料的力学性能。
【主权项】
1.一种纳米二硫化钼改性海藻酸钠复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤: (1)将海藻酸钠分散于去离子水中，加入二硫化钼粉末，通过超声振荡对二硫化钼进行剥离，得到片层纳米二硫化钼； (2)将所得片层二硫化钼离心，用去离子水洗涤，洗去附着在片层二硫化钼上的海藻酸钠，干燥后得到功能化的纳米二硫化钼； (3)将海藻酸钠与功能化的纳米二硫化钼混合于去离子水中，分散均匀，60°C真空干燥24h，得到纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(I)的具体过程如下: 将Ig海藻酸钠粉末溶于10mL去离子水中，55°C溶解2h，溶解后加入0.1g二硫化钼粉末，超声振荡5.5h，得到片层纳米二硫化钼分散液。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于: 超声振荡的过程中每隔30分钟再机械搅拌1.5分钟。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤(2)的具体过程如下: 将片层纳米二硫化钼分散液以6000转/分钟离心10分钟，取上层溶液，用去离子水洗涤，-50 0C冻干24h，得到功能化的纳米二硫化钼。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于: 步骤(3)中海藻酸钠的添加量为功能化的纳米二硫化钼质量的0.2-1.0%。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米二硫化钼改性海藻酸钠复合材料的制备方法，是将海藻酸钠和二硫化钼混合，使用液相剥离法制备功能化的二硫化钼纳米片；使用溶液共混法制备纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料。本发明能显著提高二硫化钼与聚合物基体的相容性，进而为其在高分子聚合物基体中均匀分散，制备高性能功能化纳米二硫化钼/海藻酸钠复合材料提供可能。
【IPC分类】C08K9/04, C08K3/30, C08L5/04
【公开号】CN105646952
【申请号】
【发明人】周艺峰, 聂王焰, 陈鹏鹏, 宣丹丹
【申请人】安徽大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年4月11日