本发明专利技术公开了石墨烯聚氨酯纳米复合材料的制备方法和用途，将石墨、聚氨酯乳液或溶液以及少量加工助剂混合物，通过剪切研磨的方法使石墨直接剥离出石墨烯片层，与聚合物原位复合，再通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。可用于阻隔气体的包装材料，或防腐蚀涂层材料，导电薄膜，导电树脂等领域。此方法制备纳米复合材料工艺流程大大简化，剥离过程中，聚合物链段插层进入石墨片层间，有利于石墨烯的剥离，形成复合浆料后，聚合物链段可以起到阻碍石墨烯片层再次团聚的作用，以确保分散体系的稳定性。
Method for preparing graphene nano composite material and use thereof
The invention discloses a graphene polyurethane nano composite material preparation method and application thereof, graphite, polyurethane emulsion or solution and a small amount of additive mixture, through the method of cutting and grinding to make graphite directly off the graphene layer, and polymer composite in situ, and then through the high-speed centrifugal separation from residual graphite, graphene polyurethane composite sizing agent. The utility model can be used for the packaging material of the gas barrier, or the anti-corrosion coating material, conductive film, conductive resin, etc.. The preparation process of nano composite materials is greatly simplified, stripping process, polymer chains intercalated into graphite layers, facilitate the debonding of graphene, forming a composite slurry, the polymer chain can hinder the graphene layers together again, in order to ensure the stability of dispersed system.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石墨烯聚氨酯纳米复合材料的制备方法和用途，属于高分子复合材料领域。
技术介绍
近年来石墨烯聚合物复合材料以其优异的导电性能，阻隔性能，以及电磁屏蔽性能，受到相关行业的广泛关注。其中如何形成有效的石墨烯网络，以及降低制备总体成本，以实现材料的广泛应用，成为研究重点。目前石墨烯聚氨酯纳米复合材料的制备方法都是以石墨烯为原材料，通过复杂的复合方法与聚合物混合分散。一方面目前市场上石墨烯的价格偏高，另一方面复杂的复合方法不但不见得提高了石墨烯网络的行程，反而大大提高了材料的造价，限制了其应用。以石墨为原材料，一步法制备石墨烯聚氨酯的方法不但有其可行性，也具备了很大的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种以石墨为原料一步法完成石墨烯和石墨烯纳米复合材料的制备，本专利技术的目的由以下技术措施实现：石墨烯聚氨酯纳米复合材料是由石墨、聚氨酯乳液或溶液、以及少量加工助剂，通过剪切研磨的方法使石墨直接剥离出石墨烯片层，与聚合物原位复合，再通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。根据应用需要进一步施工形成导电复合材料。所述的石墨、聚氨酯乳液或溶液、以及加工助剂，按照重量份数依次为2～11份、78～97份、0.3～3份。所用到的石墨是市场上已有的鳞片石墨，可膨胀石墨以及膨胀石墨。研磨的介质是固含量为15～65％的各种类型聚氨酯乳液或聚氨酯溶液。制备过程中，可根据研磨介质粘度，及介质与石墨的相互作用力添加少量加工助剂，比如增稠剂，降粘剂，表面活性剂等。用于研磨的设备可以为行星球磨机、圆锥球磨机、卧式球磨机、高速剪切乳化机等具有剪切研磨功能的设备。具体的制备过程包括以下步骤：1)、将石墨加入聚氨酯乳液或溶液中搅拌混合均匀，并缓慢搅拌下放置30～80min,使聚合物链段尽可能预插层到石墨片层中，加入少量加工助剂调节粘度。2)、将1)中的混合物置于剪切研磨设备中，调节适当转速和研磨时间，从石墨上剥离出石墨烯。并通过高速离心分理出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。3)将得到的浆料选择合理的施工方法进一步加工，即得到石墨烯聚氨酯纳米复合材料。研磨过程中，根据研磨设备的选择不同，研磨时间通常为1.5～6h，设备转速通常为150～600转，对于高速剪切乳化剂，转速需适当调整。该石墨烯聚氨酯复合浆料通过不同的施工方法，可用于制备气体阻隔性良好的包装材料，或防腐蚀涂层材料，导电薄膜、导电树脂等领域。在应用施工过程中，根据目标产品的性能需求，可配合相关助剂，并且不会对材料本身的性能造成负面影响。可配合使用的助剂还包括消泡剂、流平剂、偶联剂、流变剂、光稳定剂，抗氧剂、杀菌防霉剂等。本专利技术提供的石墨烯聚氨酯纳米复合材料的制备方法和用途，其工艺方制备纳米复合材料工艺流程大为简化，剥离过程中，聚合物链段插层进入石墨片层间，有利于石墨烯的剥离，形成复合浆料后，聚合物链段可以起到阻碍石墨烯片层再次团聚的作用，以确保分散体系的稳定性。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行具体的描述，有必要再此指出的是本实施例只用于对本专利技术进行的进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述专利技术的内容作出一些非本质的改进和调整。实施例1将4g的膨胀石墨加入到95g聚氨酯的DMF溶液中搅拌混合均匀，并在缓慢搅拌下放置30min,使聚合物链段尽可能预插层到石墨片层中，加入0.75％的助剂调节粘度。将混合物置于行星球磨仪中，调节转速200r/min和研磨时间为3h。最后通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。将得到的浆料涂布在金属器件表面，80℃烘箱中烘干即可得到一层均匀分布在聚合物表面的防腐蚀气体阻隔涂层，避免保存和运输过程中器件的环境腐蚀。实施例2将6g的膨胀石墨加入到93g聚氨酯的DMF溶液中搅拌混合均匀，并在缓慢搅拌下放置30min,使聚合物链段尽可能预插层到石墨片层中，加入0.33％的助剂调节粘度。将混合物置于高速剪切乳化机中，调节转速200r/min和研磨时间为3.5h。最后通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。将得到的浆料选择合理的施工方法进一步加工，即得到石墨烯聚氨酯纳米复合材料。实施例3将3.5g的膨胀石墨加入到92g聚氨酯的DMF溶液中搅拌混合均匀，并在缓慢搅拌下放置40min,使聚合物链段尽可能预插层到石墨片层中，加入0.45％的助剂调节粘度。将混合物置于行星球磨仪中，调节转速300r/min和研磨时间为2h。最后通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。将得到的浆料选择合理的施工方法进一步加工，即得到石墨烯聚氨酯纳米复合材料。实施例4将9g的鳞片石墨加入到87g聚氨酯的DMF溶液中搅拌混合均匀，并在缓慢搅拌下放置30min,使聚合物链段尽可能预插层到石墨片层中，加入0.3％的助剂调节粘度。将混合物置于行星球磨仪中，调节转速200r/min和研磨时间为2.5h。最后通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。将得到的浆料选择合理的施工方法进一步加工，即得到石墨烯聚氨酯纳米复合材料。实施例5将6.2g的鳞片石墨加入到82g聚氨酯的DMF溶液中搅拌混合均匀，并在缓慢搅拌下放置30min,使聚合物链段尽可能预插层到石墨片层中，加入0.5％的助剂调节粘度。将混合物置于行星球磨仪中，调节转速200r/min和研磨时间为3h。最后通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。将得到的浆料选择合理的施工方法进一步加工，即得到石墨烯聚氨酯纳米复合材料。实施例6将4g的鳞片石墨加入到91g聚氨酯的DMF溶液中搅拌混合均匀，并在缓慢搅拌下放置30min,使聚合物链段尽可能预插层到石墨片层中，加入0.25％的助剂调节粘度。将混合物置于行星球磨仪中，调节转速250r/min和研磨时间为3.5h。最后通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。将得到的浆料选择合理的施工方法进一步加工，即得到石墨烯聚氨酯纳米复合材料。实施例7将6g的膨胀石墨加入到92g固含量35％的水性聚氨酯乳液中搅拌混合均匀，并在缓慢搅拌下放置10min,加入0.15％的助剂调节粘度。将混合物置于圆锥球磨机中，调节转速350r/min和研磨时间为2.5h。最后通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。将得到的浆料选择合理的施工方法进一步加工，即得到石墨烯聚氨酯纳米复合材料。实施例8将4.5g的可膨胀石墨加入到82g，35％的水性聚氨酯乳液中搅拌混合均匀，并在缓慢搅拌下放置15min,加入3.5％的助剂调节粘度。将混合物置于卧式球磨机中，调节转速550r/min和研磨时间为4.5h。最后通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。将得到的浆料选择合理的施工方法进一步加工，即得到石墨烯聚氨酯纳米复合材料。实施例9将11g的膨胀石墨加入到78g，固含量为15％的水性聚氨酯乳液中混合均匀，并在缓慢搅拌下放置20min,使聚合物链段尽可能预插层到石墨片层中，加入2.5％的助剂调节粘度。将混合物置于卧式球磨机中，调节转速150r/min和研磨时间为6h。最后通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。将得本文档来自技高网...
【技术保护点】
石墨烯聚氨酯纳米复合材料，其特征在于，通过以下方法制备所得，石墨、聚氨酯乳液或溶液、以及加工助剂，通过剪切研磨的方法使石墨直接剥离出石墨烯片层，与聚合物原位复合，再通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。
【技术特征摘要】
1.石墨烯聚氨酯纳米复合材料，其特征在于，通过以下方法制备所得，石墨、聚氨酯乳液或溶液、以及加工助剂，通过剪切研磨的方法使石墨直接剥离出石墨烯片层，与聚合物原位复合，再通过高速离心分离出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。2.根据权利要求1所述石墨烯聚氨酯纳米复合材料，其特征在于，包括以下步骤：1)、将石墨加入聚氨酯乳液或溶液中搅拌混合均匀，并缓慢搅拌下放置30～80min，使聚合物链段尽可能预插层到石墨片层中，加入加工助剂调节粘度；2)、将1)中的混合物置于剪切研磨设备中，调节适当转速和研磨时间，从石墨上剥离出石墨烯；并通过高速离心分理出剩余的石墨，得到石墨烯聚氨酯复合浆料。3)、将得到的浆料选择合理的施工方法进一步加工，即得到石墨烯聚氨酯纳米复合材料。3.根据权利要求2所述石墨烯聚氨酯纳米复合材料，其特征在于，所述的石墨、聚氨酯乳液或溶液、以及加工助...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏和生，杨莉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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