一种易分散石墨烯浆料的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及石墨烯领域，公开了一种易分散石墨烯浆料的制备方法及其应用，该制备方法包括：（1）将可膨胀石墨、二元酸酯混合物和石墨烯分散剂混合后进行预分散，得到可膨胀石墨分散液；（2）将可膨胀石墨分散液进行胶体磨循环剥离，再离心除去未剥离的可膨胀石墨，得到石墨烯浆料。本发明专利技术通过石墨烯分散剂以及溶剂的优化，在剥离制备石墨烯浆料时，直接得到分散性稳定的石墨烯浆料，仅通过稀释配制即可用于制备石墨烯重防腐涂料和石墨烯导热浆料等含石墨烯的产品。墨烯的产品。墨烯的产品。

【技术实现步骤摘要】
一种易分散石墨烯浆料的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及石墨烯领域，尤其涉及一种易分散石墨烯浆料的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]石墨烯是片状纳米材料，在溶剂中，添加适当的石墨烯分散剂，通过机械剥离石墨方式制得的少层石墨烯，既不含氧化物，也没有结构缺陷，保持了石墨烯的完好物性，有应用不受限制的特点。因此机械剥离石墨是目前工业化制备少层石墨烯的主要方法。常用的溶剂有含醇的水溶液，也有有机溶剂。通常需要先将石墨粉体在含醇的水溶液或有机溶剂中机械剥离，分离干燥，得到少层石墨烯粉，再将其在适当的有机溶剂中再进行分散，制备得到稳定的石墨烯浆料，最后才将其与其他原料混合配制成各种用途的含石墨烯产品，如石墨烯重防腐涂料，石墨烯发热膜浆料等。这种制备方法也存在耗能，费时，不经济的缺点。
[0003]二元酸酯混合物是一种低毒，易生物降解的绿色环保有机溶剂。由于目前常用的石墨烯分散剂，如十二烷基苯磺酸钠，十二烷基硫酸钠，聚乙二醇，纤维素等在二元酸酯混合物中不溶，所以开发适用于该溶剂的石墨烯分散剂将有助于推广石墨烯的应用。
[0004]申请人于2018年07月24日申请的专利CN201810822665.9公开了一种石墨烯分散剂及其制备方法、应用。该专利公开的石墨烯分散剂，其能够与酸反应生成盐，能够促进在水相中的石墨烯制备，得到的石墨烯分散液，分散性能好，并且，在剥离后，能够用稀酸洗涤容易除去分散剂，避免分散剂对石墨烯性能的影响。申请人于2019年03月19日申请的专利CN201910210503.4公开了一种含石墨烯复合物的导电油墨及其制备方法，该导电油墨中含有特制的石墨烯复合物，该石墨烯复合物采用特殊的石墨烯剥离剂制得，其不仅能够剥离度高，并且制备为导电油墨后导电性显著优于含现有石墨烯及其衍生物的导电油墨。但是本专利技术团队通过研究后发现，上述两份专利中所报道的苝二酰亚胺类石墨烯分散剂，在二元酸酯混合物中难溶，因此不能用在二元酸酯混合物中制备石墨烯分散液。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种易分散石墨烯浆料的制备方法及其应用。本专利技术开发了一种新的具有聚醚高分子链的苝二酰亚胺化合物，该类化合物在二元酸酯混合物中具有良好的溶解度，同时其也是一种优良的石墨烯分散剂。本专利技术通过石墨烯分散剂以及溶剂的优化，在剥离制备石墨烯浆料时，直接得到分散性稳定的石墨烯浆料，仅通过稀释配制即可用于制备石墨烯重防腐涂料和石墨烯导热浆料等含石墨烯的产品。
[0006]本专利技术的具体技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种易分散石墨烯浆料的制备方法，包括以下步骤：(1)将可膨胀石墨、二元酸酯混合物(杜邦商品名DBE)和石墨烯分散剂混合后进行预分散，得到可膨胀石墨分散液；所述石墨烯分散剂为具有聚醚高分子链取代基的苝二酰亚胺，化学结构式如下所示：
其中，m＝1～20，n＝1～10，m+n大于等于10。
[0007](2)将可膨胀石墨分散液进行胶体磨循环剥离，再离心除去未剥离的可膨胀石墨，得到石墨烯浆料。
[0008]本专利技术的关键点在于以下方面：首先，本专利技术首次采用二元酸酯混合物(杜邦商品名DBE)作为剥离溶剂，该溶剂具有绿色环保、低毒的优势，除此之外，配合本专利技术特定的石墨烯分散剂，可有效实现石墨烯的剥离。
[0009]其次，苝二酰亚胺通常是在溶剂中难溶的化合物，由于苝二酰亚胺分子结构的原因，申请人的在先申请CN201810822665.9公开的一种石墨烯分散剂在二元酸酯混合物中难溶(图4)，在先申请专利CN201910210503.4公开了的一种石墨烯分散剂在二元酸酯混合物中也不溶(图5)。为此，本专利技术团队经过反复研究，发现在苝二酰亚胺分子中引入聚醚高分子链后得到的化合物在二元酸酯混合物中具有良好的溶解度(图6)，同时该化合物的苝的结构与石墨烯表面有强的π
‑
π相互作用，对石墨进行剥离分散有效，能用于在二元酸酯混合物溶剂中制备含少层石墨烯浆料。
[0010]综上，本专利技术通过石墨烯分散剂以及溶剂的优化，在剥离制备石墨烯浆料时，直接得到分散性稳定的石墨烯浆料，仅通过稀释配制即可用于制备石墨烯重防腐涂料和石墨烯导热浆料等含石墨烯的产品。
[0011]作为优选，步骤(1)中，所述石墨烯分散剂的制备方法包括：将苝四甲酸二酐、聚醚单胺和咪唑添加至反应容器中，在惰性气体保护下在120
‑
160℃下加热反应4
‑
12h：将所得产物转移至冰水中搅拌冷却，抽滤，洗涤，干燥，得到石墨烯分散剂。
[0012]作为优选，所述苝四甲酸二酐、聚醚单胺和咪唑的质量比为10∶(35
‑
60)∶(50
‑
80)。
[0013]作为优选，所述搅拌冷却时间为20
‑
40min。
[0014]作为优选，所述石墨烯分散剂为或
[0015]作为优选，步骤(1)中，所述可膨胀石墨、二元酸酯混合物和石墨烯分散剂的质量
比为10∶(250
‑
350)∶(0.5
‑
1.5)。
[0016]作为优选，步骤(1)中，所述预分散时间为0.5
‑
1.5h；步骤(2)中，所述循环剥离时间为2
‑
4h。
[0017]第二方面，本专利技术提供了上述石墨烯浆料在制备石墨烯重防腐涂料中的应用：按重量份，将10份的石墨烯含量为1
‑
5wt％的石墨烯浆料与30
‑
50份的二甲苯、15
‑
25份的锌粉和15
‑
25份的环氧树脂搅拌混合，然后添加4
‑
8份的环氧树脂固化剂、0.3
‑
2份的流平剂和0.3
‑
2份的触变剂，继续搅拌均匀，得到石墨烯重防腐涂料。
[0018]第三方面，本专利技术提供了上述石墨烯浆料在制备石墨烯发热膜中的应用：按重量份，将40
‑
60份的石墨烯含量为1
‑
5wt％的石墨烯浆料，0.5
‑
1.5份的导电活性炭，0.1
‑
0.3份的磷系阻燃剂，15
‑
25份的聚氨酯树脂，1
‑
2份的流平剂和0.5
‑
1份的消泡剂搅拌混合，得到石墨烯导电发热浆料；在PET膜上涂布第一层石墨烯导电发热浆料，130
‑
150℃干燥，再涂布第二层石墨烯导电发热浆料，150
‑
170℃干燥，制得石墨烯发热膜。
[0019]作为优选，所述石墨烯发热膜的膜厚为180
‑
220微米。
[0020]与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过石墨烯分散剂以及溶剂的优化，在剥离制备石墨烯浆料时，直接得到分散性稳定的石墨烯浆料，仅通过稀释配制即可用于制备石墨烯重防腐涂料和石墨烯导热浆料等含石墨烯的产品。
附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种易分散石墨烯浆料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将可膨胀石墨、二元酸酯混合物和石墨烯分散剂混合后进行预分散，得到可膨胀石墨分散液；所述石墨烯分散剂为具有聚醚高分子链取代基的苝二酰亚胺，化学结构式如下所示：其中，m＝1～20，n＝1～10，m+n大于等于10；(2)将可膨胀石墨分散液进行胶体磨循环剥离，再离心除去未剥离的可膨胀石墨，得到石墨烯浆料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述石墨烯分散剂的制备方法包括：将苝四甲酸二酐、聚醚单胺和咪唑添加至反应容器中，在惰性气体保护下在120
‑
160℃下加热反应4
‑
12h；将所得产物转移至冰水中搅拌冷却，抽滤，洗涤，干燥，得到石墨烯分散剂。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述苝四甲酸二酐、聚醚单胺和咪唑的质量比为10∶(35～60)∶(50～80)。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯分散剂为：5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯分散剂为：6.如权利要求1
‑
5之一所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述可膨胀石墨、二元酸酯混合物和石墨烯分散剂的质量比为10∶(250
‑
350)∶(0.5
‑
1.5)。7.如权利要求1
‑
5之一所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述预分散时间为0.5
‑
1.5h；步骤(2)中，所述循环剥离时间为2
‑
4h。8.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：范会生，李秀梅，孙保库，季维，王赫，张海，矢尾家昌，
申请(专利权)人：龙口联合化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：