CN105646944B - 一种有机改性二硫化钼纳米片的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机改性二硫化钼纳米片的制备方法，首先通过锂插层法制备出二硫化钼纳米片，然后利用三聚氰胺对二硫化钼纳米片表面进行非共价改性，最后引入三聚氰酸以原位超支化的方式将具有网状结构的三聚氰胺氰尿酸盐修饰在二硫化钼纳米片表面，从而获得有机改性二硫化钼纳米片。本发明提供的有机改性二硫化钼纳米片制备方法简单，成本低，表面改性剂含量高。制得的有机改性二硫化钼纳米片具有多功能性，如可作为新型固体润滑材料或具有协同作用的杂化阻燃剂等。此外，有机改性二硫化钼可改善二硫化钼纳米片在聚合物基体中的分散状态和相容性，有利于提高聚合物材料的综合性能。

Description

一种有机改性二硫化钼纳米片的制备方法
一、技术领域
本发明涉及一种改性纳米材料的制备方法，具体地说是一种有机改性二硫化钼纳米片的制备方法，属于纳米材料领域。
二、背景技术
作为一种重要的过渡族金属硫化物，二硫化钼(MoS2)以其六方晶系层状结构的特点，被广泛应用于固体润滑剂、加氢脱硫催化剂、半导体材料、插层材料以及锂电池等领域。随着纳米技术的兴起，二维MoS2纳米片因其特殊的尺寸和表界面特性，引起人们的广泛关注。与石墨烯相似，MoS2纳米片具有良好的力学、热学和润滑特性，如超高的力学强度和良好的热稳定性等。因此，MoS2纳米片作为一种先进二维材料在聚合物复合材料领域具有广阔的应用前景。
三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)作为固体润滑剂和阻燃剂被广泛应用于复合材料领域，是由三聚氰胺和三聚氰酸通过氢键作用组成的具有大平面三嗪环网络结构的分子复合体。可用于塑料阻燃、机械润滑、涂料消光以及化妆品和印染领域。三聚氰胺氰尿酸盐作为阻燃剂具有无毒、低烟的优点，其制备一般以三聚氰胺和三聚氰酸为原料，水为分散介质，在一定温度条件下反应制得。由于其制备过程中的自增稠效应，三聚氰胺氰尿酸盐常被用作壳材对无机阻燃剂进行微胶囊化包覆，可一定程度上降低无机阻燃剂表面极性，改善分散状态并增强与树脂基体之间的界面相容性。
众所周知，无机纳米材料的在聚合物基体中的分散状态以及其与基体间的界面相容性直接决定了聚合物复合材料的性能优劣。由于MoS2纳米片表面没有可进行化学反应的官能团，无法直接进行有机共价接枝改性。因此对MoS2纳米片表面进行适当的非共价作用有机修饰改性以提高其可分散性成为了制备高性能聚合物/MoS2纳米复合材料的关键技术。
三、发明内容
本发明旨在提供一种有机改性二硫化钼纳米片的制备方法，通过对二硫化钼表面进行非共价吸附三聚氰胺分子，引入三聚氰酸以原位超支化的方式将具有网状结构的三聚氰胺氰尿酸盐修饰在二硫化钼纳米片表面，使改性的二硫化钼具有多功能性，并能在聚合物基体中有良好的分散性。
为实现上述目的，本发明的制备方法包括如下步骤：
(1)采用化学插层法对二硫化钼层间***锂原子，将所得产物离心、洗涤并干燥后得到锂插层的二硫化钼，将锂插层的二硫化钼在去离子水中进行超声水解，得到二硫化钼纳米片悬浮液，具体过程如下：
将1g二硫化钼粉与40ml 0.6mol/L正丁基锂的正己烷溶液加入水热釜中，95℃下反应5h；反应结束后冷却至室温，离心并用正己烷洗涤，于60℃下真空干燥8h得到锂插层的二硫化钼。将锂插层二硫化钼加入去离子水中，室温下超声水解6h，得到二硫化钼纳米片悬浮液。
(2)将三聚氰胺加入步骤(1)制备的二硫化钼纳米片悬浮液中，60-100℃下搅拌5-18h，制备得到表面吸附三聚氰胺的二硫化钼纳米片分散液。
(3)将步骤(2)所得分散液加入三聚氰酸溶液中，进行原位超支化反应；反应结束后冷却，将所得产物抽滤，洗涤以除去未反应物，得到超支化结构三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼纳米片。
步骤(2)中所述的二硫化钼与三聚氰胺的质量比为1∶1-5。
步骤(3)中所述的三聚氰胺和三聚氰酸的摩尔比为1∶1。
步骤(3)中原位超支化反应的温度为60-120℃，反应时间为24h。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明有机改性过程工艺简单，易操作，无毒无污染。
2、本发明三聚氰胺氰尿酸盐形成大平面氢键网络可有效改性二硫化钼纳米片，防止其重堆积。
3、本发明利用非共价作用改性可有效提高表面改性剂含量，克服二硫化钼纳米片活性位点少，不易有机接枝改性的问题。
4、本发明三聚氰胺氰尿酸改性二硫化钼纳米片可赋予其多功能性，如可作为新型固体润滑材料和具有协同作用的有机无机杂化阻燃剂等。
5、本发明三聚氰胺氰尿酸改性二硫化钼纳米片可改善二硫化钼纳米片在聚合物基体中的分散状态和相容性，有利于提高聚合物材料的综合性能。
四、附图说明
图1为本发明制备的三聚氰胺改性二硫化钼的傅里叶变换红外光谱图。从图1可以看出三聚氰胺改性二硫化钼的谱图上明显出现了三聚氰胺特有的红外吸收峰。
图2为本发明制备的三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼的傅里叶变换红外光谱图。从图2可以看出有机改性的二硫化钼表现出了与三聚氰胺氰尿酸盐几乎一致的红外谱图说明了三聚氰胺氰尿酸盐对二硫化钼的成功改性。
图3为本发明制备的三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼的X射线光电子能谱。从图3可以看出改性后的二硫化钼存在较高的碳、氮和氧元素含量，说明改性后的二硫化钼表面存在较高含量的三聚氰胺氰尿酸盐。
图4为未改性的二硫化钼纳米片和本发明制备的三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼的透射电镜图。从图4可以看出相比超薄的二硫化钼纳米片，改性后的二硫化钼依然维持着片状结构，且其表面明显存在着一定含量的三聚氰胺氰尿酸盐改性剂。
图5为未改性的二硫化钼纳米片(1号样)和本发明制备的三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼(2号样)的在N’N-二甲基甲酰胺溶液中不同时间分散的数码图片。从图5中可以看出，由于表面接枝的有机改性剂，改性后的二硫化钼在有机溶剂中比未改性二硫化钼具有更好的分散性。
五、具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所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。
实施例1：
(1)将1g二硫化钼粉与40ml 0.6mol/L正丁基锂的正己烷溶液加入水热釜中，在95℃反应5h；反应结束后冷却至室温，对所得产物离心处理，用正己烷反复洗涤多次，在真空烘箱60℃干燥8h得到锂插层的二硫化钼。将0.5g锂插层二硫化钼加入1000mL去离子水中超声水解6h，得到二硫化钼纳米片悬浮液。
(2)将0.005mol三聚氰胺加入步骤(1)制备的二硫化钼纳米片悬浮液中，在60℃下搅拌18h，制备得到表面吸附三聚氰胺的二硫化钼纳米片分散液。将所得分散液抽滤，洗涤并干燥得到三聚氰胺改性二硫化钼。图1为本实施例制备的三聚氰胺改性二硫化钼的傅里叶变换红外光谱图，可以看出三聚氰胺改性二硫化钼的谱图上明显出现了三聚氰胺特有的红外吸收峰。
(3)将0.005mol三聚氰酸加热溶解在100mL去离子水中形成三聚氰酸溶液，随后将步骤(2)所得分散液加入三聚氰酸溶液中，在60℃下搅拌24h进行原位超支化反应；反应结束后进行冷却，将所得产物抽滤，洗涤以除去未反应物，在60℃下真空干燥12h，得到超支化结构三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼纳米片。
实施例2：
(1)将1g二硫化钼粉与40ml 0.6mol/L正丁基锂的正己烷溶液加入水热釜中，在95℃反应5h；反应结束后冷却至室温，对所得产物离心处理，用正己烷反复洗涤多次，在真空烘箱60℃干燥8h得到锂插层的二硫化钼。将0.5g锂插层二硫化钼加入1000mL去离子水中通过搅拌超声进行水解6h，得到二硫化钼纳米片悬浮液。
(2)将0.01mol三聚氰胺加入步骤(1)制备的二硫化钼纳米片悬浮液中，在80℃下搅拌10h，制备得到表面吸附三聚氰胺的二硫化钼纳米片分散液。
(3)将0.01mol三聚氰酸加热溶解在100mL去离子水中形成三聚氰酸溶液，随后将步骤(2)所得分散液加入三聚氰酸溶液中，在100℃下搅拌24h进行原位超支化反应；反应结束后进行冷却，将所得产物抽滤，洗涤以除去未反应物，在60℃下真空干燥12h，得到超支化结构三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼纳米片。本实施例制备的三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼的傅里叶变换红外光谱图如图2所示，有机改性的二硫化钼表现出了与三聚氰胺氰尿酸盐几乎一致的红外谱图说明了三聚氰胺氰尿酸盐对二硫化钼的成功改性。图3为本实施例制备的三聚氰胺改性二硫化钼的X射线光电子能谱，可以看出改性后的二硫化钼存在较高的碳、氮和氧元素含量，说明改性后的二硫化钼表面存在较高含量的三聚氰胺氰尿酸盐。
实施例3：
(1)将1g二硫化钼粉与40ml 0.6mol/L正丁基锂的正己烷溶液加入水热釜中，在95℃反应5h；反应结束后冷却至室温，对所得产物离心处理，用正己烷反复洗涤多次，在真空烘箱60℃干燥8h得到锂插层的二硫化钼。将0.5g锂插层二硫化钼加入1000mL去离子水中通过搅拌超声进行水解6h，得到二硫化钼纳米片悬浮液。
(2)将0.025mol三聚氰胺加入步骤(1)制备的二硫化钼纳米片悬浮液中，在100℃下搅拌5h，制备得到表面吸附三聚氰胺的二硫化钼纳米片分散液。
(3)将0.025mol三聚氰酸加热溶解在100mL去离子水中形成三聚氰酸溶液，随后将步骤(2)所得分散液加入三聚氰酸溶液中，在120℃下搅拌24h进行原位超支化反应；反应结束后进行冷却，将所得产物抽滤，洗涤以除去未反应物，在60℃下真空干燥12h，得到超支化结构三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼纳米片。图4为本实施例制备的三聚氰胺改性二硫化钼的投射电镜图片，可以看出相比超薄的二硫化钼纳米片，改性后的二硫化钼依然维持着片状结构，且其表面明显存在着一定含量的三聚氰胺氰尿酸盐改性剂。图5为本实施例制备的三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼(2号样)的在N’N-二甲基甲酰胺溶液中不同时间分散的数码图片，从图可以看出，由于表面接枝的有机改性剂，改性后的二硫化钼在有机溶剂中比未改性二硫化钼(1号样)具有更好的分散性。
虽然本发明是结合上述实施例进行描述的，但本发明并不被限定于上述实施例，而只受所附权利要求的限定，本领域普通技术人员能够容易地对其进行修改和变化，但并不离开本发明的实质构思和范围。

Claims (5)

1.一种有机改性二硫化钼纳米片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）采用化学插层法对二硫化钼层间***锂原子，将所得产物离心、洗涤并干燥后得到锂插层的二硫化钼，将锂插层的二硫化钼在去离子水中进行超声水解，得到二硫化钼纳米片悬浮液；
（2）将三聚氰胺加入步骤（1）制备的二硫化钼纳米片悬浮液中，60-100℃下搅拌5-18h，制备得到表面吸附三聚氰胺的二硫化钼纳米片分散液；
（3）将步骤（2）所得分散液加入三聚氰酸溶液中，进行原位超支化反应；反应结束后冷却，将所得产物抽滤，洗涤以除去未反应物，得到超支化结构三聚氰胺氰尿酸盐改性二硫化钼纳米片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）的具体过程如下：
将1g二硫化钼粉与40 ml 0.6mol/L 正丁基锂的正己烷溶液加入水热釜中，95℃下反应5h；反应结束后冷却至室温，离心并用正己烷洗涤，于60℃下真空干燥8h得到锂插层的二硫化钼；将锂插层二硫化钼加入去离子水中，室温下超声水解6h，得到二硫化钼纳米片悬浮液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤（2）中所述的二硫化钼与三聚氰胺的质量比为1∶1-5。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
三聚氰胺和三聚氰酸的摩尔比为1∶1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：
步骤（3）中原位超支化反应的温度为60-120oC，反应时间为24h。
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