一种用聚合物包裹液相剥离石墨烯改性粉体的方法技术

本发明专利技术涉及高分子新材料制备领域，尤其涉及一种用聚合物包裹液相剥离石墨烯的方法，制备的步骤如下：将石墨烯与溶剂混合，加入定量聚醚多元醇或胺超声处理；将甲苯二异氰酸酯用溶剂稀释，缓慢添加至超声后的石墨烯与聚醚多元醇或胺的混合物中，加热搅拌反应；产物经过抽滤、洗涤、干燥后得到聚合物包覆石墨烯改性材料。本发明专利技术提供的改性石墨烯能够明显改善石墨烯在树脂基体中的分散性，解决石墨烯自身的团聚问题，同时，在不改变石墨烯物理特性的前提下，增强石墨烯与树脂基体之间的界面结合力。

【技术实现步骤摘要】
一种用聚合物包裹液相剥离石墨烯改性粉体的方法
本专利技术涉及高分子新材料制备领域，尤其涉及一种用聚合物包裹液相剥离石墨烯的方法。
技术介绍
具有优良性能的石墨烯常被作为增强体加入基体材料中以改进其性能。石墨烯复合材料的性质在很大程度上取决于石墨烯在基体中的均匀分散程度。而石墨烯增强体在基体中的均匀分散问题一直是研究的难点，这就限制了石墨烯增强复合材料性能的提升及其开发应用。石墨烯大的比表面积使其在基体中容易发生不可逆团聚，这会影响石墨烯增强体优良性能的发挥。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的不足，提供一种能进行工业化生产的聚合物包裹液相剥离石墨烯改性粉体，用于对不同树脂基体进行力学性能的改性。本专利技术是通过以下技术方案予以实现：一种用聚合物包裹液相剥离石墨烯改性粉体的方法，包括以下步骤：(1)按重量份数计称取：石墨烯9-95份，异氰酸酯7份及溶剂100份；(2)将步骤(1)中称取的石墨烯与异氰酸酯投入步骤(1)中称取的溶剂中，搅拌均匀后超声30min，得到固液混合物；(3)按重量份数计称取：无水乙二胺6份，去离子水100份；(4)将步骤(3)中称取的无水乙二胺溶于步骤(3)中称取的去离子水中，搅拌均匀后，缓慢滴加滴加入步骤(2)中制得的固液混合物中，并搅拌反应1-1.25h，完成搅拌反应后将所得产物烘干。所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯。所述溶剂为乙酸乙酯。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的改性石墨烯能够明显改善石墨烯在树脂基体中的分散性，解决石墨烯自身的团聚问题，同时，在不改变石墨烯物理特性的前提下，增强石墨烯与树脂基体之间的界面结合力。附图说明图1、图2、图3、图4为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的粉末样品在光学显微镜下放大1000倍的图像。图5为纯石墨烯粉体在光学显微镜下放大1000倍的图像。图6为添加了石墨烯包覆材料的HDPE拉伸后样条截面在光学显微镜放大1000倍下的图像。图7为添加纯石墨烯的HDPE拉伸后的样条截面在光学显微镜放大1000倍下的图像。具体实施方式为了使本
的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合最佳实施例对本专利技术作进一步的详细说明。实施例1：制备步骤如下：(1)按重量份数计称取：石墨烯9份，异氰酸酯7份及溶剂100乙酸乙酯；(2)将步骤(1)中称取的石墨烯与异氰酸酯投入步骤(1)中称取的溶剂中，机械搅拌5分钟使均匀后超声30min，得到固液混合物；(3)按重量份数计称取：无水乙二胺6份，去离子水100份；(4)将步骤(3)中称取的无水乙二胺溶于步骤(3)中称取的去离子水中，搅拌均匀后，缓慢滴加滴加入步骤(2)中制得的固液混合物中，并搅拌反应1h，完成搅拌反应后将所得产物在真空干燥箱80℃干燥24h，破碎后得到产物粉末。实施例2：制备步骤如下：(1)按重量份数计称取：石墨烯36份，异氰酸酯7份及溶剂100乙酸乙酯；(2)将步骤(1)中称取的石墨烯与异氰酸酯投入步骤(1)中称取的溶剂中，机械搅拌5分钟使均匀后超声30min，得到固液混合物；(3)按重量份数计称取：无水乙二胺6份，去离子水100份；(4)将步骤(3)中称取的无水乙二胺溶于步骤(3)中称取的去离子水中，搅拌均匀后，缓慢滴加滴加入步骤(2)中制得的固液混合物中，并搅拌反应1h，完成搅拌反应后将所得产物在真空干燥箱80℃干燥24h，破碎后得到产物粉末。实施例3：制备步骤如下：(1)按重量份数计称取：石墨烯60份，异氰酸酯7份及溶剂100乙酸乙酯；(2)将步骤(1)中称取的石墨烯与异氰酸酯投入步骤(1)中称取的溶剂中，机械搅拌5分钟使均匀后超声30min，得到固液混合物；(3)按重量份数计称取：无水乙二胺6份，去离子水100份；(4)将步骤(3)中称取的无水乙二胺溶于步骤(3)中称取的去离子水中，搅拌均匀后，缓慢滴加滴加入步骤(2)中制得的固液混合物中，并搅拌反应1h，完成搅拌反应后将所得产物在真空干燥箱80℃干燥24h，破碎后得到产物粉末。实施例4：制备步骤如下：(1)按重量份数计称取：石墨烯95份，异氰酸酯7份及溶剂100乙酸乙酯；(2)将步骤(1)中称取的石墨烯与异氰酸酯投入步骤(1)中称取的溶剂中，机械搅拌5分钟使均匀后超声30min，得到固液混合物；(3)按重量份数计称取：无水乙二胺6份，去离子水100份；(4)将步骤(3)中称取的无水乙二胺溶于步骤(3)中称取的去离子水中，搅拌均匀后，缓慢滴加滴加入步骤(2)中制得的固液混合物中，并搅拌反应1h，完成搅拌反应后将所得产物在真空干燥箱80℃干燥24h，破碎后得到产物粉末。由于液相剥离法制备的石墨烯表面完整，导电性优良，但同时由于缺少相应的基团，与树脂之间的界面结合力差，在材料受力的过程中，容易产生相对位移，石墨烯洗之间相互团聚，产生明显的分层现象。本专利技术则采用原位聚合法，是石墨烯表面包覆一层树脂，通过机械互锁将石墨烯锁在框架内，防止石墨烯的团聚分层，同时提高石墨烯与树脂之间的相容性。原位聚合法就是先将纳米粒子在单体中均匀分散，然后再用引发剂引发聚合，使纳米粒子或分子均匀地分散在聚合物基体上并且形成原位分子聚合材料。原位多相聚合既保持了粒子的纳米特性，又实现了填充粒子的均匀分散，可以形成带有弹性包覆层的核－壳结构的纳米形粒子。因为外层是有机聚合物，所以它可以提高材料与有机相的亲和力。如图1-图5中所示，图1、图2、图3、图4为实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的粉末样品在光学显微镜下放大1000倍的图像，图5为纯石墨烯粉体在光学显微镜下放大1000倍的图像。可以看出，纯石墨烯由于表面较为平整，显微镜背光模式下看到全黑的影像，而本专利技术的改性石墨烯粉末显示出许多半透明状的石墨烯片。这是由于表面树脂的包覆使石墨烯表面凹凸不平，对光的产生了不同角度的折射，石墨烯含量在材料中的比例越低，包覆材料的不规则形状越明显。这反映了石墨烯表面被包覆材料包裹良好。为表明本专利技术中的石墨烯改性粉体的加入树脂材料后对树脂性能的有益影响进行拉伸测试。对照组：选取在HDPE中分别添加1.0％的纯石墨烯粉体，用双螺杆挤出机进行造粒，1-8温区温度为210℃、215℃、220℃、225℃、225℃、225℃、225℃、220℃。机头温度为220℃。螺杆转速192转。挤出后采取水拉条切粒。切粒后烘箱80℃干燥完全，平板硫化机220℃压片，预热5min，保压3min，冲片机冲片制样。制样及测试方法按照GB1040-92中Ⅱ型试样进行。实验组1：选取在HDPE中分别按照纯石墨烯粉体为1.0％添加实施例1中的改性粉体，用双螺杆挤出机进行造粒，1-8温区温度为210℃、215℃、220℃、225℃、225℃、225℃、225℃、220℃。机头温度为220℃。螺杆转速192转。挤出后采取水拉条切粒。切粒后烘箱80℃干燥完全，平板硫化机220℃压片，预热5min，保压3min，冲片机冲片制样。制样及测试方法按照GB1040-92中Ⅱ型试样进行。实验组2：选取在HDPE中分别按照纯石墨烯粉体为1.0％添加实施例2中的改性粉体，用双螺杆挤出机进行造粒，1-8温区温度为210℃、215℃、220℃、225℃、225℃、225℃、225℃、220℃。机头温度为220℃。螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用聚合物包裹液相剥离石墨烯改性粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按重量份数计称取：石墨烯9‑95份，异氰酸酯7份及溶剂100份；(2)将步骤(1)中称取的石墨烯与异氰酸酯投入步骤(1)中称取的溶剂中，搅拌均匀后超声30min，得到固液混合物；(3)按重量份数计称取：无水乙二胺6份，去离子水100份；(4)将步骤(3)中称取的无水乙二胺溶于步骤(3)中称取的去离子水中，搅拌均匀后，缓慢滴加滴加入步骤(2)中制得的固液混合物中，并搅拌反应1‑1.25h，完成搅拌反应后将所得产物烘干。

【技术特征摘要】
1.一种用聚合物包裹液相剥离石墨烯改性粉体的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)按重量份数计称取：石墨烯9-95份，异氰酸酯7份及溶剂100份；(2)将步骤(1)中称取的石墨烯与异氰酸酯投入步骤(1)中称取的溶剂中，搅拌均匀后超声30min，得到固液混合物；(3)按重量份数计称取：无水乙二胺6份，去离子水100份；(4)将步骤(3)中称取的无水乙二胺溶于步...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙秀岩，黄裕林，陈沁垚，黄裕兵，
申请(专利权)人：北京鑫碳科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11