一种石墨烯改性苯丙乳液的制备方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯改性苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：1）预乳化；2）聚合；3）出料。待体系温度冷却到40℃时，用氨水调节pH值为7.5~8，100目滤布过滤，即得石墨烯改性苯丙乳液。该制备方法采用的水性石墨烯分散液为自制的高浓度水性分散液，浓度为40 mg/ml，固含量为4~5 %。因为石墨烯分散液以水为基底，浓度高，粘度小，在苯丙乳液合成过程中易于参与反应乳化，所得到的石墨烯改性苯丙乳液储存稳定性好，可应用于防腐、防辐射、防静电等多种功能性涂料中。

Preparation method of graphene modified styrene acrylic emulsion

The invention discloses a preparation method of graphene modified styrene acrylic emulsion, which comprises the following steps: 1) pre emulsification; 2) polymerization; 3) discharging. When the temperature of the system is cooled to 40 degrees, the pH value of 7.5~8100 is adjusted with ammonia to filter the fabric, so that the graphene modified styrene acrylic emulsion can be obtained. The water-borne graphene dispersion used in the preparation method is a self-made high-concentration water-borne dispersion with a concentration of 40 mg/ml and a solid content of 4-5%. Because graphene dispersion is water based, high concentration and low viscosity, it is easy to participate in emulsification in the process of styrene acrylic emulsion synthesis. The obtained graphene modified styrene acrylic emulsion has good storage stability and can be applied to various functional coatings such as anticorrosive, radiation protection and antistatic.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯改性苯丙乳液的制备方法
本专利技术属于纳米复合材料领域，特别涉及一种石墨烯改性苯丙乳液的制备方法。
技术介绍
石墨烯为二维片状碳纳米材料，单层石墨烯具有高达2630m2/g的比表面积，10-6ohm.cm的电阻率，导热系数可达5300W/(m.K)，其杨氏模量(1100GPa)和断裂强度(125GPa)也可与碳纳米管媲美。石墨烯同时具有高比表面积、快速导电性、优异的化学稳定性、突出的力学性能、高导热性等性能，应用范围包括超级计算机到超级电容器，复合材料，涂料领域等，而应用最快的可能就在涂料领域，其中包括导电涂料、防腐涂料、阻燃涂料、导热涂料、电磁屏蔽涂料和高强度涂料等。水性苯丙乳液是一种环保型乳液，具有突出的耐候性、耐水性、耐碱性、耐洗擦性和附着性，其性价比是目前所有乳液中最高的。目前石墨烯与改性聚合物的制备方法主要有三种：1）溶胶-凝胶法：前驱体的成本较高，毒性较大；2)直接共混法，又可分为熔融共混法：可避免使用有机溶剂，但石墨烯的密度较小，增加熔融混合的难度，且不易分散；溶液共混法：分散性好，但需添加有机溶剂；乳液共混法：石墨烯改性分散，可以避免有机溶剂，但石墨烯与乳液界面相容性差；3)原位聚合法：在聚合阶段发生反应，撑大石墨烯片层间距。其中：直接共混法操作简便，但是石墨烯与聚合物树脂的界面相容性差，无法达到均匀稳定分散的目的。原位聚合法能够有效解决石墨烯与聚合物树脂的界面相容性问题，但是这种方法添加的石墨烯含量不高，无法形成较完整的导电回路，所以，提高原位聚合方法石墨烯的含量，是目前科研工作者首要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种石墨烯改性苯丙乳液的制备方法。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：上述一种石墨烯改性苯丙乳液的制备方法，包括以下步骤：按以下配比称取：S1）220份去离子水，乳化剂4~5份，保护胶10~15份S2）150份去离子水，乳化剂25~30份，苯乙烯200份，甲基丙烯酸甲酯50份，丙烯酸丁脂200~220份，甲基丙烯酸丙酯9~12份，水性石墨烯分散液60~80份S3）10~15份去离子水，过硫酸铵1.5~2份，碳酸氢钠0.2~0.3份S4）80份去离子水，过硫酸铵1.5~2份，碳酸氢钠1.5~2份S5）10份去离子水，过硫酸铵0.5~0.6份所述的水性石墨烯分散液为自制高浓度水性分散液，制备方法按以下配比：称取300份去离子水，12份石墨烯，6份聚乙烯醇（PVA），3份羧甲基纤维素钠（CMC），1份消泡剂。将300份去离子水、表面活性剂、消泡剂混合，磁力搅拌30min，得到混合溶液A，然后取三分之二的混合溶液A与石墨烯机械搅拌20min得到预分散液；将预分散液倒入砂磨机中研磨2h后，加入剩余的三分之一的混合溶液A再研磨1h，得到高浓度的水性石墨烯分散液，高浓度水性石墨烯分散液的浓度为40~50mg/ml，石墨烯为厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司KNG-G2-3型石墨烯粉体；1）预乳化在三口烧瓶内按S2组份加入水和乳化剂，高速搅拌至起泡，将水性石墨烯分散液和反应物单体混合，加到分液漏斗中，在30~60min内滴加完，先高速搅拌20min，再低速搅拌10min，得到预乳化液。2）聚合在四口烧瓶内按S1组份分别加入去离子水，保护胶和乳化剂，高速搅拌至起泡，加入五分之一步骤1）制得的预乳化液，待70℃左右时加入S3组份的引发剂和缓冲剂混合溶液，在85℃左右引发聚合，进行种子乳液聚合，可观察到瓶底乳液泛蓝光后保温10min，随即开始分别滴加剩余的步骤1）制得的预乳化液和S4组份的引发剂和缓冲剂混合溶液，3h内滴完。滴加时维持聚合反应温度80~85℃左右。滴完后以相同的速度继续滴加S5组份的去离子水和引发剂过硫酸铵混合溶液，使聚合反应充分进行，滴完后85℃保温2h。3）出料待体系温度冷却到40℃时，用氨水（26%）调节pH值为7.5~8，100目滤布过滤，即得石墨烯改性苯丙乳液。进一步的，上述的石墨烯分散液为自制高浓度水性分散液，石墨烯为厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司生产的KNG-G2-3型石墨烯粉体，进一步的，上述的乳化剂为烷氧酚聚氧乙烯醚（OP-10），保护胶体为聚甲基丙烯酸钠。进一步的，上述的引发剂和缓冲剂混合溶液为过硫酸铵（APS）和碳酸氢钠（NaHCO3）水溶液。本专利技术的优点在于：通过简单的技术手段，将水性石墨烯分散液作为单体与苯丙乳液的其他高分子单体一起预乳化，使石墨烯能够在苯丙乳液中稳定均匀分散。制备的苯丙乳液的粒径大小接近，粒径分布窄，室温放置半年后无分层返粗现象，同时具有较高的储存稳定性。采用的水性石墨烯分散液为自制的高浓度水性石墨烯分散液，浓度可达30~50mg/ml，固含量为4~5%，与一般的低浓度石墨烯分散液相比，自制的高浓度石墨烯分散液易于在苯丙乳液中形成一个完整的互穿回路，可应用于防腐、防辐射、防静电等多种功能性涂料中。附图说明图1为本专利技术的石墨烯改性苯丙乳液合成流程图。图2为本专利技术的石墨烯改性苯丙乳液粘度与频率的流变关系图。图3为本专利技术的石墨烯改性苯丙乳液损耗角正切与频率的流变关系图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1：一种石墨烯改性苯丙乳液的制备方法，按以下配比称取：S1）110ml去离子水，烷氧酚聚氧乙烯醚（OP-10）乳化剂2g，聚甲基丙烯酸钠保护胶7.5gS2）75ml去离子水，烷氧酚聚氧乙烯醚（OP-10）乳化剂13g，苯乙烯100g，甲基丙烯酸甲酯25g，丙烯酸丁脂105g，甲基丙烯酸丙酯4.5g，水性石墨烯分散液30gS3）6ml去离子水，过硫酸铵0.8g，碳酸氢钠0.125gS4）40ml去离子水，过硫酸铵0.75g，碳酸氢钠0.75gS5）5ml去离子水，过硫酸铵0.3g所述的水性石墨烯分散液为自制高浓度水性分散液，制备方法为：称取300g去离子水，12g石墨烯，6g聚乙烯醇（PVA），3g羧甲基纤维素钠（CMC），1g消泡剂。将300g去离子水、CMC、消泡剂混合，磁力搅拌30min，得到混合溶液A，然后取三分之二的混合溶液A与石墨烯机械搅拌20min得到预分散液；将预分散液倒入砂磨机中研磨2h后，加入剩余的混合溶液A再研磨1h，得到高浓度的水性石墨烯分散液，高浓度水性石墨烯分散液的浓度为40~50mg/ml，石墨烯为厦门凯纳石墨烯技术股份有限公司KNG-G2-3型石墨烯粉体；1）预乳化在三口瓶内按S2组份配比加入水和烷氧酚聚氧乙烯醚（OP-10），高速搅拌至起泡，将水性石墨烯分散液和反应物单体苯乙烯20g、甲基丙烯酸甲酯5g、丙烯酸丁脂20g、甲基丙烯酸丙酯1g混合，加到分液漏斗中，在30~60min内滴加完，先高速搅拌20min，再低速搅拌10min，得到预乳化液。2）聚合在四口烧瓶内按S1组份分别加入去离子水，烷氧酚聚氧乙烯醚（OP-10）和聚甲基丙烯酸钠，高速搅拌至起泡，加入五分之一步骤1）制得的预乳化液，待70℃左右时加入S3组份的去离子水、引发剂和缓冲剂的混合溶液，在85℃左右引发聚合，进行种子乳液聚合，可观察到瓶底乳液泛蓝光后保温10min，随即开始分别滴加剩余的步骤1）制得的预乳化液和S4组份的去离子水、引发剂的混合溶液，3h内滴完。滴加时维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯改性苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：按以下配比称取：S1）220份去离子水，4~5份乳化剂，10~15份保护胶；S2）150份去离子水，25~30份乳化剂，200份苯乙烯，50份甲基丙烯酸甲酯，200~220份丙烯酸丁脂，9~12份甲基丙烯酸丙酯，60~80份水性石墨烯分散液；S3）10~15份去离子水，1.5~2份过硫酸铵，0.2~0.3份碳酸氢钠；S4）80份去离子水，1.5~2份过硫酸铵，1.5~2份碳酸氢钠；S5）10份去离子水，0.5~0.6份过硫酸铵；制备步骤为：1）预乳化在三口瓶内按S2组份配比加入水和乳化剂，高速搅拌至起泡，将石墨烯分散液和反应物单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁脂、甲基丙烯酸丙酯混合，加到分液漏斗中，用30~60 min内滴加完，先高速搅拌20 min，再低速搅拌10 min，得到预乳化液；2）聚合在四口烧瓶内按S1组份配比分别加入去离子水，保护胶和乳化剂，高速搅拌至起泡，加入五分之一步骤1）制得的预乳化液，待70℃左右时加入S3组份的过硫酸铵引发剂和碳酸氢钠缓冲剂进行混合，在85℃左右引发聚合，进行种子乳液聚合，可观察到瓶底乳液泛蓝光后保温10 min，随即开始分别滴加剩余的步骤1）制得的预乳化液和S4组份的过硫酸铵引发剂和碳酸氢钠缓冲剂进行混合，3 h内滴完；滴加时维持聚合反应温度80~85℃；滴完后以相同的速度继续滴加S5组份的去离子水和过硫酸铵引发剂的混合溶液，使聚合反应充分进行，滴完后保温2 h；3）出料待体系温度冷却到40℃时，用氨水调节pH值为7.5~8，100目滤布过滤，即得石墨烯改性苯丙乳液。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性苯丙乳液的制备方法，包括如下步骤：按以下配比称取：S1）220份去离子水，4~5份乳化剂，10~15份保护胶；S2）150份去离子水，25~30份乳化剂，200份苯乙烯，50份甲基丙烯酸甲酯，200~220份丙烯酸丁脂，9~12份甲基丙烯酸丙酯，60~80份水性石墨烯分散液；S3）10~15份去离子水，1.5~2份过硫酸铵，0.2~0.3份碳酸氢钠；S4）80份去离子水，1.5~2份过硫酸铵，1.5~2份碳酸氢钠；S5）10份去离子水，0.5~0.6份过硫酸铵；制备步骤为：1）预乳化在三口瓶内按S2组份配比加入水和乳化剂，高速搅拌至起泡，将石墨烯分散液和反应物单体苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁脂、甲基丙烯酸丙酯混合，加到分液漏斗中，用30~60min内滴加完，先高速搅拌20min，再低速搅拌10min，得到预乳化液；2）聚合在四口烧瓶内按S1组份配比分别加入去离子水，保护胶和乳化剂，高速搅拌至起泡，加入五分之一步骤1）制得的预乳化液，待70℃左右时加入S3组份的过硫酸铵引发剂和碳酸氢钠缓冲剂进行混合，在85℃左右引发聚合，进行种子乳液聚合，可观察到瓶底乳液泛蓝光后保温10min，随即开始分别滴加剩余的步骤1）制得的预乳化液和S4组份的过硫酸铵引发剂和碳酸氢钠缓冲剂进行混合，3h内滴完；滴加时维持聚合反应温度80~85℃；滴完后以相同的速度继续滴加S5组份的去离子水和过硫酸铵引发剂的混合溶液，使聚合反应充分进行，滴完后保温2h；3）出料待体...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄宝铨，罗洁玲，陈庆华，钱庆荣，肖荔人，夏新曙，罗富彬，
申请(专利权)人：福建师范大学，
类型：发明
国别省市：福建,35