一种石墨烯用分散助磨剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯用分散助磨剂及其制备方法，本发明专利技术制备的所述分散助磨剂包括炭黑碎粒,所述炭黑碎粒为炭黑一次结构的破碎体,所述炭黑碎粒的粒径D50小于300nm。本发明专利技术的炭黑碎粒作为石墨烯用分散助磨剂，能提高砂磨效率，可以作为膨胀石墨和石墨烯的物理阻隔分散剂用，防止石墨烯片层回叠。

A dispersive grinding aid for graphene and its preparation method

The invention provides a dispersive grinding aid for graphene and a preparation method thereof. The dispersive grinding aid prepared by the invention comprises carbon black granules, which are primary structure crushers of carbon black, and the particle size D50 of the carbon black granules is less than 300 nm. The carbon black granule of the invention can be used as a dispersing grinding aid for graphene, can improve the grinding efficiency, can be used as a physical barrier dispersant for expanded graphite and graphene, and can prevent graphene sheet from overlapping.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯用分散助磨剂及其制备方法
本专利技术属于属于石墨烯分散助剂领域，具体涉及一种石墨烯用分散助磨剂及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种薄层二维纳米材料，具有高比表面积、高表面能，片层间有强的范德华力和大π键共轭作用，很容易团聚和回叠。在液相剥离法制备石墨烯时，为了防止剥离出来的石墨烯发生不可逆回叠，一般须加入分散剂来防止团聚和回叠。现在业内通常添加的分散剂是有机类的表面活性剂或者有机高分子，从某种意义上来说，这类有机分散剂是一种杂质，会影响石墨烯性能的发挥，尤其是导电性能。比如：(1)表面活性剂，如：专利CN201610001211.6使用的常规分散剂聚乙烯醇、明胶、吐温系列、司盘系列；(2)聚合物包敷阻隔剂，如：专利CN201510962558.2中添加PVDF；(3)π-π耦合分散剂，如：专利CN201510770154.3中添加含苯胺低聚物单元的电活性高分子的π-π复合物。另一种业内常添加的分散剂是小尺寸无机类分散剂，本质上是一种物理阻隔剂，如添加炭黑、碳管。比如专利CN201410828853.4中添加小尺寸阻隔剂：乙炔黑、科琴黑、碳纳米管。但由于乙炔黑、科琴黑、碳纳米管与石墨烯的尺寸较难匹配，彼此接触点少、接触面积小造成结合力弱，所以除了添加小尺寸阻隔剂外，还需添加分散剂和胶粘剂，这些会影响最终导电性。面对这种情况，急需寻找与石墨烯体系兼容、添加量少且不影响导电的分散剂。在液相剥离法以膨胀石墨为原料来制备石墨烯时，主要发生两种作用：膨胀石墨片层之间剥离和石墨片径减小，现在工业上常用砂磨机来剥离和破碎。其中的技术难点是膨胀石墨片强度很高，不易破碎和剥离，为了达到要求的粒度和片层厚度，需要剥离研磨很长的时间且对设备要求很高，这样会导致生产成本居高不下影响石墨烯浆料的推广应用。面对这种情况，急需寻找与石墨烯体系兼容的助磨剂。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术如下实施方式的石墨烯用分散助磨剂及其制备方法：一种石墨烯用分散助磨剂，所述分散助磨剂包括炭黑碎粒,所述炭黑碎粒为炭黑破碎体,由激光粒度仪测试的所述炭黑碎粒的粒径D50小于300nm。可选的，由激光粒度仪测试的所述炭黑碎粒的粒径D50小于200nm。可选的，所述炭黑碎粒为炭黑一次结构体的破碎体。可选的，所述分散助磨剂为包含溶剂的所述炭黑碎粒的分散液。可选的，所述溶剂为有机溶剂、树脂中的任意一种或两种的组合。可选的，所述分散助磨剂由炭黑的分散液通过高压均质机破碎制备。可选的，所述炭黑碎粒的分散液中，所述炭黑碎粒的固含量为0.1～10wt％。可选的，所述炭黑由乙炔炭黑、副产炭黑和炉法炭黑的一种或几种组成。一种所述石墨烯用分散助磨剂的制备方法，把炭黑加入溶剂中，用分散盘预分散，用筛子过滤掉大颗粒，得到炭黑分散液，然后把所述炭黑分散液加入高压均质机中，均质破碎。可选的，所述高压均质机的压力大于80MPa。与现有技术相比，本专利技术提供的石墨烯用分散助磨剂，所述分散助磨剂包括炭黑碎粒,所述炭黑碎粒为炭黑一次结构的破碎体，所述分散助磨剂炭黑碎粒会插入膨胀石墨层间，吸附在膨胀石墨层上，削弱膨胀石墨片与片之间的分子作用力，扩展膨胀石墨的裂纹缺陷，降低砂磨破碎膨胀石墨的难度。并且所述炭黑碎粒与已知低结构的纳米炭黑颗粒(近球形无棱角)相比，尽管粒度尺寸上可能相似，但是本专利技术是炭黑一次结构体的破碎体，拥有炭黑的棱角会更有利于助磨。在研磨介质的作用力下，由于石墨烯和膨胀石墨都吸附了炭黑碎粒，它们片层之间很容易滑移而降低浆料粘度改善流变性，提高砂磨效率。同时炭黑碎粒还可以作为膨胀石墨和石墨烯的物理阻隔分散剂用，防止石墨烯片层回叠，起到稳定分散的作用。附图说明图1为实施例1和对比例1炭黑在经过不同处理条件下的粒径分布。图2是本专利技术实施例4添加分散助磨剂的石墨烯形貌。图3是对比例4表面吸附炭黑的石墨烯粉体SEM图片。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术不局限于以下的具体实施方式。本专利技术具体实施方式的石墨烯用分散助磨剂，所述分散助磨剂包括炭黑碎粒,由激光粒度仪测试的所述炭黑碎粒的粒径D50小于300nm。本专利技术人通过研究发现，本专利技术的炭黑碎粒的成分结构与石墨非常接近，且尺寸很小，很容易吸附在膨胀石墨表面，降低石墨烯的表明自由能，同时，进一步所述碳黑碎粒为炭黑一次结构体的破碎体，边缘很锋利能扩展膨胀石墨的裂纹缺陷，提高砂磨的容易程度；并且所述炭黑碎粒与已知低结构的纳米炭黑颗粒(近球形无棱角)相比，尽管粒度尺寸上可能相似，但是本专利技术是炭黑一次结构体的破碎体，拥有炭黑的棱角会更有利于助磨；炭黑碎粒微观上有一部分是碎的石墨微晶，能起到滑移作用，可降低浆料粘度，改善流变性，提高砂磨效率；同时炭黑碎颗粒还可以作为膨胀石墨和石墨烯的物理阻隔分散剂用，防止石墨烯片层回叠。通常石墨烯导电浆料中会加入有机分散剂来防止沉降，有机分散剂会破坏其导电性，而本专利技术的炭黑碎粒还具有导电性，不会降低石墨烯导电浆料的导电性。进一步为了满足更好助磨性，由激光粒度仪测试的所述炭黑碎粒的粒径D50小于200nm，通常所述炭黑碎粒的粒径都会大于等于所述炭黑原生粒子直径。所述粒径D50是指累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径,大于所述粒径的颗粒占50％，小于所述粒径的颗粒也占50％，D50也叫中位径或中值粒径，D50常用来表示粉体的平均粒度。本专利技术具体实施方式的石墨烯用分散助磨剂，所述分散助磨剂为包含溶剂的所述炭黑碎粒的分散液，所述溶剂可以为有机溶剂、树脂中的任意一种或两种的组合，优选为有机溶剂，所述有机溶剂包括但不限于：NMP(N-甲基吡咯烷酮)、DMF(N，N-二甲基甲酰胺)、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、乙醇、异丙醇、苯甲醇、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、四氢呋喃等，进一步优选NMP、DMF。所述炭黑碎粒的分散液中，所述炭黑碎粒的固含量为0.1～10wt％，优选为1～8wt％，具体例如可以是1wt％、2wt％、3wt％、4wt％、5wt％、6wt％、7wt％等等。本专利技术具体实施方式的石墨烯用分散助磨剂，所述分散助磨剂由炭黑的分散液通过高压均质机破碎制备。本专利技术具体实施方式的石墨烯用分散助磨剂，所述炭黑由乙炔炭黑、副产炭黑和炉法炭黑的一种或几种组成。本专利技术所述的分散助磨剂，适合应用于石墨烯浆料的制备，添加量上，分散助磨剂与膨胀石墨或与石墨烯的质量比为1：200～1：2，优选质量比为1：200～1：20.1。所述的制备石墨烯浆料的制备，作为举例，其方法如下且不仅限于此，把分散助磨剂、膨胀石墨、溶剂用高速分散机进行分散混匀，得到预混料；然后把预混料放入砂磨机进行砂磨液相剥离，得到含分散助磨剂的石墨烯浆料，所述分散助磨剂与膨胀石墨或石墨烯片是通过范德华力和π-π作用力相互吸引，能紧密贴付于膨胀石墨和石墨烯表面，无需再添加有机分散剂。本专利技术具体实施方式还提供一种石墨烯用分散助磨剂的制备方法，把炭黑加入溶剂中，用分散盘预分散，用筛子过滤掉大颗粒，得到炭黑分散液，然后把所述炭黑分散液加入高压均质机中，均质破碎。炭黑制造过程中高温条件下,相邻原生粒子同时生成,互熔成链状,并占有三维空间,这被称为一次结构，也叫原生结构。原生结构通常很难破坏，本专利技术首创的利用高压均质机可对其进行破碎本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯用分散助磨剂，其特征在于，所述分散助磨剂包括炭黑碎粒,由激光粒度仪测试的所述炭黑碎粒的粒径D50小于300nm。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯用分散助磨剂，其特征在于，所述分散助磨剂包括炭黑碎粒,由激光粒度仪测试的所述炭黑碎粒的粒径D50小于300nm。2.根据权利要求1所述的石墨烯用分散助磨剂，其特征在于，由激光粒度仪测试的所述炭黑碎粒的粒径D50小于200nm。3.根据权利要求1所述的石墨烯用分散助磨剂，其特征在于，所述炭黑碎粒为炭黑一次结构体的破碎体。4.根据权利要求1所述的石墨烯用分散助磨剂，其特征在于，所述分散助磨剂为包含溶剂的所述炭黑碎粒的分散液。5.根据权利要求4所述的石墨烯用分散助磨剂，其特征在于，所述溶剂为有机溶剂、树脂中的任意一种或两种的组合。6.根据权利要求3所述的石墨烯用分散...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘刚桥，黄书宇，孙培育，
申请(专利权)人：宁波杉元石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33