一种高分散高稳定型石墨烯树脂分散液及其制备方法、应用技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯树脂分散液，按原料质量百分比，由以下成分组成，0.5～5重量份的膨胀石墨、40～75重量份的树脂、1～8重量份的分散剂、20～40重量份的有机溶剂。本发明专利技术提供的石墨烯树脂分散液，石墨烯不仅能够保持片状结构均匀的分散在粘度较高的树脂中，而且得到的是大片径的石墨烯，更好的发挥了石墨烯的性能，产品稳定性、抗冲击、耐腐蚀及附着力等性能表现优异，且成本低廉，容易大规模生产。本发明专利技术提供的一步均质法较市场现有产品工艺简单成本低，条件温和可控，整个制备过程安全无污染，有利于工业化的大规模推广和应用。

A highly dispersed and stable dispersion of graphene resin and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种高分散高稳定型石墨烯树脂分散液及其制备方法、应用
本专利技术属于石墨烯
，涉及一种石墨烯树脂分散液及其制备方法、应用，尤其涉及一种高分散高稳定型石墨烯树脂分散液及其制备方法、应用。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状结构，是一种只有一个或几个碳原子层厚度的准二维材料，具有优异的力学、电学和热学性能。石墨烯的电子迁移率可达2ⅹ104cm2·V-1·S-1为硅的100倍，在室温下石墨烯的电阻率可达108S/m，可耐受108A/cm2的电流，是铜耐受能力的100倍，热导率为3000～5000W/m·K，可以金刚石媲美，比表面积可达2630m2·g-1。自2004年石墨烯被发现，其优异的力学、导电、导热等性能，吸引着越来越多团的队开展其理论和应用研究。国家也出台各种鼓励政策，鼓励各个领域对石墨烯应用的研究。随着社会的发展和涂料制备技术的进步，对涂料一些性能要求越来越高(如高防腐涂料、导电涂料、导热涂料等)，而石墨烯独有的超薄片状结构、电阻率小，导热快等特性吸引了涂料技术人员的广泛关注，希望能够利用石墨烯的特性实现对传统涂料的升级换代，制备出性能更加优异的石墨烯改性涂料。在石墨烯实际应用化的道路上，业内的技术人员倾注了较多的研究精力，进行多方向的扩展，但是石墨烯自身的两大主要缺陷，一是制备价格昂贵，另一个则是由于大的比表面积，在加工过程中极易发生不可逆堆垛(堆叠)或者卷曲成团而团聚，而且难以再次打开，这使得石墨烯的分散性较差，更无法发挥其理论上的性能优势。现有技术中公开了多种石墨烯应用的方式，如简单的石墨烯以填料或在溶剂中分散与溶剂一块的形式加入，此工艺操作非常简单，但是此工艺加入的石墨烯在涂料中分散不均匀，且由于石墨烯的比表面积大、表面能高，再加上其横向尺寸远远超过厚度，在常规机械搅拌的剪切分散作用下，石墨烯易于卷曲成团，效果并不理想。目前有研究，通过改性石墨烯来提高石墨烯的分散效果，但分散效果仍然不佳，同时存在工艺复杂、成本高、不适宜大规模生产等限制因素，进而影响了产品的推广使用。而简单的研磨砂磨或超声等方式，在分散石墨烯片层的同时，也损坏了石墨烯的片径，大大影响了石墨烯的性能，过程难于控制，而且极容易二次团聚，难以再次打开，无法提供长久的稳定性；也有将石墨烯和导电炭黑联合应用的研究，但由于炭黑的加入量大而且其黑色难以遮蔽，而且分散介质是水性材料，石墨烯更难于在有机相中进行分散，这都限制了其在油性涂料中的应用。更主要的是，现有的大多方式都是使用各类成品石墨烯粉体，这样制备出的石墨烯复合涂料成本相对于空白树脂涂料成本太高，从而使得制备出的石墨烯改性涂料价格居高不下，无法使得石墨烯在涂料中的大规模推广。本专利技术提供了一种由膨胀石墨经过一步均质直接制备出石墨烯树脂分散液，工艺简单无污染、成本较低，且制备出的分散液石墨烯分散均匀且保持片状结构，不团聚，不卷曲。以此分散液制备的石墨烯改性涂料性能优异，具有良好的应用前景。因此，如何找到一种适宜的石墨烯的加入方式，充分发挥石墨烯的性能，解决石墨烯存在的上述问题以及在有机涂料中的分散问题，拓宽其应用领域，缓解石墨烯的应用瓶颈问题，已成为领域内各研发企业及诸多一线研究人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种石墨烯树脂分散液及其制备方法，特别是一种高分散稳定性的石墨烯树脂分散液，本专利技术通过特定的添加剂选择和配比，与特定的加工方式相配合，大大提高了石墨烯在有机相材料中的分散性能，而且具有较好的稳定性，特别是得到了大片径的石墨烯，更好的发挥了石墨烯的性能，同时制备过程简单，条件温和可控，有利于工业化的大规模推广和应用。本专利技术提供了一种石墨烯树脂分散液，按原料质量百分比，由以下成分组成：优选的，所述石墨烯树脂分散液由原料经均质后得到；所述树脂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、氟碳树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚脲树脂、有机硅树脂和氨基树脂中的一种或多种；所述分散剂包括高分子聚合物型分散剂。优选的，所述膨胀石墨为石墨通过热膨胀法或化学膨胀法进行膨胀后得到的；所述膨胀石墨包括蠕虫状膨胀石墨；所述膨胀石墨的膨胀倍率为200～500；所述分散剂包括含有颜料亲和基团的高分子聚合物型分散剂。优选的，所述石墨烯树脂分散液中含有石墨烯；所述石墨烯树脂分散液中的石墨烯片层交错分布，形式石墨烯片三维网络；所述分散剂包括阴离子型高分子表面活性剂、两性表面活性剂、多环芳烃氧化物的混合物类分散剂、纤维素聚合物类分散剂以及含有颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物类分散剂中的一种或多种。优选的，所述石墨烯树脂分散液中的石墨烯为少层石墨烯；所述石墨烯树脂分散液中的石墨烯片层的片径为10～20μm；所述石墨烯树脂分散液中的石墨烯片层的厚度为1～10nm。优选的，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮类聚合物分散剂、聚氧化乙烯类聚合物分散剂、环氧乙烷-环氧丙烷共聚物分散剂、高分子型聚氨酯嵌段共聚物类分散剂、不饱和或饱和聚羟酸胺盐类分散剂、聚丙烯酰胺和聚丙烯酸酯型分散剂中的一种或多种；所述有机溶剂包括甲苯、二甲苯、正丁醇、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯，醋酸丁酯，丙酮、甲基异丁基甲酮、乙醇、乙二醇、异丙醇、丁酮、2-吡咯烷酮碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、乙二醇丁醚、乙二醇丁醚、乙酸异戊酯和环氧丙烷中的一种或多种。优选的，所述石墨烯树脂分散液的细度为10～50μm；所述石墨烯树脂分散液的面电阻为105～109Ω；所述石墨烯树脂分散液稳定分散无沉降不分层的时间大于等于2年；所述石墨烯树脂分散液的粘度为50～120KU。本专利技术还提供了一种如上述技术方案任意一项所述的石墨烯树脂分散液的制备方法，包括以下步骤：1)将膨胀石墨、树脂、分散剂和有机溶剂经过混合后，得到混合物；2)将上述步骤得到的混合物经过均质后，得到石墨烯树脂分散液。优选的，所述均质的压力为30～120MPa；所述均质的时间为10～30min；所述均质的次数为3～6次；所述混合的转速为500～2000r/min；所述混合的时间为20～60min。本专利技术还提供了上述技术方案任意一项所述的石墨烯树脂分散液或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的石墨烯树脂分散液在涂料领域中的应用。本专利技术提供了一种石墨烯树脂分散液，按原料质量百分比，由以下成分组成，0.5～5重量份的膨胀石墨、40～75重量份的树脂、1～8重量份的分散剂、20～40重量份的有机溶剂。与现有技术相比，本专利技术针对现有的油性涂料中，直接加入石墨烯极易发生团聚和缠绕现象，不能稳定分散；改性石墨烯存在分散效果不佳，而且在工艺复杂、成本高、不适宜大规模生产等限制因素；简单的研磨砂磨或超声等方式，存在石墨烯片径小，石墨烯性能受影响，过程难于控制，易二次团聚，难以再次打开，无法提供长久的稳定性；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯树脂分散液，其特征在于，按原料质量百分比，由以下成分组成：/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯树脂分散液，其特征在于，按原料质量百分比，由以下成分组成：





2.根据权利要求1所述的石墨烯树脂分散液，其特征在于，所述石墨烯树脂分散液由原料经均质后得到；
所述树脂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氨酯、氟碳树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、聚酯树脂、聚脲树脂、有机硅树脂和氨基树脂中的一种或多种；
所述分散剂包括高分子聚合物型分散剂。


3.根据权利要求1所述的石墨烯树脂分散液，其特征在于，所述膨胀石墨为石墨通过热膨胀法或化学膨胀法进行膨胀后得到的；
所述膨胀石墨包括蠕虫状膨胀石墨；
所述膨胀石墨的膨胀倍率为200～500；
所述分散剂包括含有颜料亲和基团的高分子聚合物型分散剂。


4.根据权利要求1所述的石墨烯树脂分散液，其特征在于，所述石墨烯树脂分散液中含有石墨烯；
所述石墨烯树脂分散液中的石墨烯片层交错分布，形式石墨烯片三维网络；
所述分散剂包括阴离子型高分子表面活性剂、两性表面活性剂、多环芳烃氧化物的混合物类分散剂、纤维素聚合物类分散剂以及含有颜料亲和基团的高分子量嵌段共聚物类分散剂中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的石墨烯树脂分散液，其特征在于，所述石墨烯树脂分散液中的石墨烯为少层石墨烯；
所述石墨烯树脂分散液中的石墨烯片层的片径为10～20μm；
所述石墨烯树脂分散液中的石墨烯片层的厚度为1～10nm。


6.根据权利要求1所述的石墨烯树脂分散液，其特征在于，所述分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮类聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张栋，赵永彬，周炜，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37