一种亲油性石墨烯纳米片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了亲油性石墨烯纳米片及其制备方法和应用。本发明专利技术方法中，先将鳞片石墨原料在无机酸、过硫酸盐和过氧化物条件下进行预处理；然后，再与插层剥离助剂、亲油性改进剂和助剂混合，然后通过机械剥离，将亲油性改进剂引入到石墨烯纳米片的表面或边缘，从而得到表面或边缘具有亲油性基的石墨烯纳米片。本发明专利技术方法具有制备方法简单易行、绿色环保，并具有可控性等特点。同时，由本发明专利技术制备的亲油性石墨烯纳米片的片径大小＜500nm，片径厚度＜10nm，并在有机溶剂、基础油和高分子聚合物基体中具有良好的分散性和稳定性，因而能够在润滑油脂、涂料涂层以及复合材料等领域中应用。

Lipophilic graphene nanosheets and preparation method and application thereof

The invention provides a lipophilic graphene nanosheets and a preparation method and an application thereof. In the method of the invention, the flake graphite is pretreated in inorganic acid, sulfate and peroxide conditions; then, with the intercalation and exfoliation agent, modifier and lipophilic additives are mixed, and then through mechanical stripping, the lipophilic modifier into graphene nano film surface or edge, so as to obtain a surface or has the edge graphene nanosheets lipophilic radical. The method of the invention has the advantages of simple and easy preparation, green environment protection and controllable performance. At the same time, the lipophilicity of the graphene nanosheet film prepared by the invention of the size is less than 500nm, film thickness diameter is less than 10nm, and has good dispersibility and stability in organic solvent, base oil and polymer matrix, so it can be applied in the field of lubricating grease, paint coatings and composite materials etc..

【技术实现步骤摘要】
一种亲油性石墨烯纳米片及其制备方法和应用
本专利技术涉及石墨烯材料领域，具体而言，涉及亲油性石墨烯纳米片及其制备方法和应用。
技术介绍
石墨烯是一种从石墨材料中剥离出的具有单层碳原子层的二维材料，是目前世界上最薄也是最坚硬的纳米材料，具有独特优异的电学、热学、力学等性能，在能源、电子材料、生物医学以及环境保护等诸多领域受到广泛关注。结构完整的石墨烯是由稳定的类六元环苯单元组合而成，表面呈惰性，化学稳定性高，同时，石墨烯的片层与片层之间存在强烈的π－π作用，使其在溶液中容易发生团聚或重新堆叠成石墨结构。此外，由于石墨烯在普通溶剂中很难稳定分散，使其应用受到了很大的制约。因此，如何高效改性或者修饰石墨烯，改善其在有机溶剂、基础油和高分子聚合物基体中的分散稳定性，并进一步使其能够应用于实际的生产研究中，就成为石墨烯应用研究的主要课题。目前，现有技术中关于增强石墨烯在有机溶剂、基础油和高分子聚合物基体中的分散性和稳定性能的方法主要有：(1)利用分散剂和表面改性剂协助石墨烯与分散体系形成均一稳定体系；(2)对石墨烯进行化学改性，从机理上改变其油溶性能，从而得到均一稳定体系。同时，现有技术中，主要还是在化学氧化法制备的氧化石墨烯(CN105296053A)、还原氧化石墨烯(HPMungse，etc.TheJournalofPhysicalChemistryC，2014，118：14394－14402.)或者石墨烯预氧化处理(CN106190432A和山东理工大学赵增典课题组)后，再进行改性。与石墨烯相比，氧化石墨烯表面存在大量含氧官能团，因而容易进行化学改性。然而，氧化石墨烯中碳含量较低，且制备工艺复杂、成本较高、并伴有高污染物排放等缺点，难以满足简单易行，绿色环保，低成本制备及应用的需要。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种亲油性石墨烯纳米片的制备方法，所述方法中，以鳞片石墨为原料，并将其在无机酸、过硫酸盐和过氧化物条件下进行预处理；然后在插层剥离助剂、助剂和亲油性改进剂的条件下，将预处理石墨粉球磨剥离成石墨烯纳米片的同时，对纳米片表面或边缘进行亲油改性，并得到具有亲油性基的石墨烯纳米片，具有制备方法简便高效、成本低、绿色环保、易规模化、工业化生产等优点。本专利技术的第二目的在于提供一种亲油性石墨烯纳米片，本专利技术亲油性石墨烯纳米片由本专利技术方法制备得到，具有亲油性好，在有机溶剂、润滑油脂以及高分子树脂中分散性和稳定性好等优点。本专利技术的第三个目的在提供一种亲油性石墨烯纳米片的应用，本专利技术亲油性石墨烯纳米片具有良好的亲油性，因而能够在在润滑油脂、涂料涂层以及复合材料等领域中应用。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种亲油性石墨烯纳米片的制备方法，所述方法包括如下步骤：将鳞片石墨粉与无机酸搅拌混合，并反应；然后加入过硫酸盐，并继续搅拌反应；最后缓慢添加过氧化物，并在反应后静置，然后洗涤干燥，得到预处理的石墨；将所得到的预处理的石墨与插层剥离助剂、亲油性改进剂和助剂搅拌混合后球磨反应，然后将球磨所的产物洗涤、干燥，即得亲油性石墨烯纳米片。可选的，本专利技术中，所述鳞片石墨粉的粒径为40～15000目，所述无机酸为浓硫酸。可选的，本专利技术中，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或者过硫酸铵中的一种或几种的混合物；和/或，所述过氧化物为双氧水。可选的，本专利技术中，所述插层剥离助剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、硼酸、硼酸钠或者硼酸锌中的一种或几种的混合物。可选的，本专利技术中，所述亲油性改进剂为油酸、油酸钠、硬脂酸、硬脂酸钠或者油胺中的一种或几种的混合物。可选的，本专利技术中，所述助剂为无水乙醇、乙二醇或者正丁醇中的一种或几种的混合物。可选的，本专利技术中，所述鳞片石墨粉、无机酸、过硫酸盐和过氧化物的质量克数比例为1：(50～300)：(0.01～10)：(3～100)。可选的，本专利技术中，所述预处理的石墨、插层剥离助剂、亲油性改进剂的质量克数比为1：(5～100)：(3～50)；和/或，所述预处理的石墨的质量克数与助剂体积毫升数的比例为1：(10～150)。同时，本专利技术还提供了由本专利技术方法制得的亲油性石墨烯纳米片。进一步的，本专利技术也提供了所述亲油性石墨烯纳米片在润滑油脂、涂料涂层以及复合材料中的应用。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术中，采用物理机械剥离和化学改性的方法对预处理后的石墨进行改性处理，不仅方法简易、效率高，而且改性成本低，且易于大规模、工业化推广生产；(2)由本专利技术方法制得的亲油性石墨烯纳米片尺寸粒径小，而且在有机溶剂、润滑油脂、高分子树脂等中具有优异的分散性和亲和性；同时，所述亲油石墨烯还具有良好的亲油性、导电性、润滑性，因而在润滑油脂、涂料涂层以及复合材料等领域具有更广泛的应用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1为实施例1中所制备的亲油性石墨烯纳米片的HRTEM图；图2为实施例2中制备的亲油性石墨烯纳米片的HRTEM图；图3为实施例2中制备的亲油性石墨烯纳米片的WCA图；图4为实施例1中石墨、石墨烯纳米片(GN)、亲油性改进剂以及制备的亲油性石墨烯纳米片(LGN)的TGA对比图。具体实施方式下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本专利技术，而不应视为限制本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。机械剥离法是大量生产石墨烯的有效方法，利用物理外力打开石墨烯面内的C－C键，使其产生新的边缘，而在新的边缘处，具有大量不稳定化学键(悬空键)，因而极易发生反应。本专利技术中，正是利用长链亲油基团在高活性石墨烯边缘悬空键的作用下极易发生化学反应的特点，在剥离制备石墨烯的同时进行亲油改性，因而能够高效、低成本、简易绿色、同时还能够规模化地制备具有亲油性的石墨烯纳米片，而这也为石墨烯在润滑油脂、涂料涂层以及复合材料等领域的应用提供了有力的技术支持。本专利技术制备方法具体步骤如下：(1)将鳞片石墨粉与无机酸搅拌混合，并反应；然后加入过硫酸盐，并继续搅拌反应；最后缓慢添加过氧化物，并在反应后静置，然后洗涤干燥，得到预处理的石墨；步骤(1)中，所用鳞片石墨粉的粒径为40～15000目；同时，所用无机酸为浓硫酸，优选的，所述无机酸为浓度≥98％的浓硫酸；进一步的，鳞片石墨粉与无机酸进行搅拌混合后，是在20～80℃条件下反应1～24h，然后冷却至室温，再加入过硫酸盐，并在室温条件下反应0.5～10h；其中，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或者过硫酸铵中的一种或几种的混合物；优选的，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或者过硫酸铵中的任一种；然后，缓慢加入过氧化物，并在室温下反应0.1～10h；其中，所述过氧化物为双氧水；优选的，所述过氧化物为5～30％的双氧水；最后，再与过氧化物反应后，将反应体系静置，然后用去离子水洗涤至中性，然后冷冻干燥，冷冻干燥的时间控制为10～60h，即得到预处理的石墨；进一步的，步骤(1)中，各原料的用量比例为，鳞片石墨粉、无机酸、过硫本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亲油性石墨烯纳米片的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将鳞片石墨粉与无机酸搅拌混合，并反应；然后加入过硫酸盐，并继续搅拌反应；最后缓慢添加过氧化物，并在反应后静置，然后洗涤干燥，得到预处理的石墨；将所得到的预处理的石墨与插层剥离助剂、亲油性改进剂和助剂搅拌混合后球磨反应，然后将球磨所得产物洗涤、干燥，即得亲油性石墨烯纳米片。

【技术特征摘要】
1.一种亲油性石墨烯纳米片的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：将鳞片石墨粉与无机酸搅拌混合，并反应；然后加入过硫酸盐，并继续搅拌反应；最后缓慢添加过氧化物，并在反应后静置，然后洗涤干燥，得到预处理的石墨；将所得到的预处理的石墨与插层剥离助剂、亲油性改进剂和助剂搅拌混合后球磨反应，然后将球磨所得产物洗涤、干燥，即得亲油性石墨烯纳米片。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述鳞片石墨粉的粒径为40～15000目，所述无机酸为浓硫酸。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠或者过硫酸铵中的一种或几种的混合物；和/或，所述过氧化物为双氧水。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述插层剥离助剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、硼酸、硼酸钠或者硼酸锌中的一种或几种的混合物。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭春艳，张晓平，
申请(专利权)人：上海昂星科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31