星状嵌段聚合物作为分散剂在制备石墨烯分散液中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种星状嵌段聚合物作为分散剂在制备石墨烯分散液中的应用，所述星状嵌段聚合物是以多聚甘油为核，以X

【技术实现步骤摘要】
星状嵌段聚合物作为分散剂在制备石墨烯分散液中的应用


[0001]本专利技术属于石墨烯制备
，特别涉及一种星状嵌段聚合物作为分散剂在制备石墨烯分散液中的应用。

技术介绍

[0002]石墨烯是由单层碳原子以sp2杂化紧密堆积组成的二维蜂窝状晶格结构的材料，因其完美的二维结构，占据多个“性能之最”——最高的本征强度(～130GPa)、最高的载流子迁移率(最高可达200000cm2/V
·
s)和最高的室温热导率(～5000W
·
m
‑1·
K
‑1，面内导热率)等。因此，石墨烯在柔性储能装置、光电、传感器、半导体材料、药物载体等领域具有广阔的应用前景。
[0003]在现有的技术中，常用的制备石墨烯的方法有机械剥离法、化学气相沉积法、外延生长法、氧化还原法等，但上述方法均无法大规模生产无缺陷的少层石墨烯。液相剥离法是通过超声波或剪切处理将石墨烯从石墨中剥离下来，石墨烯在分散剂的辅助作用下稳定分散在溶液中，因其制备的石墨烯缺陷少、工艺简单、成本低廉和绿色环保等优点，被认为是最有望廉价大量制备高质量石墨烯的有效方法。
[0004]目前可用于液相超声剥离石墨中的分散剂包括一些小分子化合物，比如十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、胆酸钠等，也有一些自合成的有机分子和高分子聚合物，如聚乙烯吡咯烷酮等，特别的有一些两亲聚合物或接枝聚合物等。上述的这些分散剂具有一定的剥离效果，但由于其吸附在石墨烯片层时提供的空间位阻或静电排斥作用小，因而剥离效率低，难以制备高质量的石墨烯分散液，所得石墨烯分散液浓度低，降低了原料的使用率；此外，部分后续使用中还需要进行浓缩处理，提高了工业化生产石墨烯的成本。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术有必要提供一种星状嵌段聚合物作为分散剂在制备石墨烯分散液中的应用，该星状嵌段聚合物的通式为Polyglycerol
‑
g
‑
X
‑
b
‑
Y，利用该星状嵌段聚合物作为分散剂能够制备获得高稳定性、高固含量、高产率且无团聚的水溶性石墨烯分散液，为石墨烯分散液的制备提供了经济效益高且可大规模生产的优势。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]本专利技术首先提供了星状嵌段聚合物作为分散剂在制备石墨烯分散液中的应用，所述星状嵌段聚合物是以多聚甘油为核，以X
‑
b
‑
Y两嵌段共聚物为臂的聚合物，其通式为Polyglycerol
‑
g
‑
X
‑
b
‑
Y；其中，嵌段X的单体的分子结构中具有一个苯环且苯环上连接有一个具有碳碳双键的支链，所述具有碳碳双键的支链的碳原子数≤4；嵌段Y为水溶性聚合物。
[0008]进一步方案，所述嵌段X选自聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚(2,4
‑
二甲基苯乙烯)、聚(1
‑
甲基
‑4‑
(1
‑
甲基乙烯基)苯)中的一种；
[0009]所述水溶性聚合物选自聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸二
甲氨基乙酯、聚丙烯酸甲酯中的一种。
[0010]进一步方案，所述星状嵌段聚合物的平均分子量在1.5
×
104‑
2.5
×
105之间。
[0011]进一步方案，所述星状嵌段聚合物的制备包括以下步骤：
[0012]在冰水浴中，向溶解有多聚甘油的溶液中加入卤化试剂充分混合反应，得到多聚甘油的大分子引发剂Polyglycerol
‑
Br；优选地，所述卤化试剂选自2
‑
溴
‑2‑
甲基丙酰溴、2
‑
溴异丁酰溴、2
‑
溴
‑2‑
甲基丙酰氯、4
‑
溴丁基氯酸中的至少一种；
[0013]将所述大分子引发剂Polyglycerol
‑
Br与嵌段X的单体、卤化铜和有机配体加入有机溶剂中，经原子转移自由基聚合法，制得聚合物Polyglycerol
‑
g
‑
X；
[0014]将水溶性聚合物Y的单体与所述聚合物Polyglycerol
‑
g
‑
X混合进行聚合反应，制得星状嵌段聚合物Polyglycerol
‑
g
‑
X
‑
b
‑
Y。
[0015]进一步方案，所述多聚甘油和卤化试剂的摩尔比为1:(4
‑
20)。
[0016]进一步方案，所述原子转移自由基聚合法的步骤具体为：将所述大分子引发剂Polyglycerol
‑
Br、嵌段X的单体、卤化铜和有机配体加入有机溶剂中，充分搅拌；再通入保护气体，经冷冻、真空除氧处理后，加入卤化亚铜，加热，Polyglycerol
‑
Br和嵌段X的单体发生接枝反应；
[0017]优选地，所述大分子引发剂Polyglycerol
‑
Br、嵌段X的单体、卤化铜、卤化亚铜和有机配体的摩尔比为1：(200
‑
600)：(0.1
‑
1.0)：(0.9
‑
10)：(2
‑
20)；
[0018]优选地，所述有机溶剂选自N,N
‑
二甲基甲酰胺、苯甲醚、二甲基亚砜、环丁砜、硝酸亚乙基酯中的一种；
[0019]所述卤化铜选自氯化铜或溴化铜；
[0020]所述有机配体选自4,4'
‑
二壬基
‑
2,2'
‑
联吡啶、2,2'
‑
联吡啶、三(2
‑
吡啶基甲基)胺、三(2
‑
二甲氨基乙基)胺、五甲基二乙烯三胺中的一种
[0021]所述卤化亚铜选自氯化亚铜或溴化亚铜。
[0022]本专利技术进一步提供了一种石墨烯分散液的制备方法，包括以下步骤：
[0023]将石墨、星状嵌段聚合物Polyglycerol
‑
g
‑
X
‑
b
‑
Y和去离子水混合均匀后，经液相剥离得到石墨烯分散液。
[0024]进一步方案，所述石墨选自天然鳞片石墨、人工石墨中的一种；优选地，所述石墨的尺寸为32
‑
10000目。
[0025]进一步方案，所述石墨与星状嵌段聚合物Polyglycerol
‑
g
‑
X
‑
b
‑
Y的质量比为1:(2
‑
10)。
[0026]进一步方案，所述的液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.星状嵌段聚合物作为分散剂在制备石墨烯分散液中的应用，其特征在于，所述星状嵌段聚合物是以多聚甘油为核，以X
‑
b
‑
Y两嵌段共聚物为臂的聚合物，其通式为Polyglycerol
‑
g
‑
X
‑
b
‑
Y；其中，嵌段X的单体的分子结构中具有一个苯环且苯环上连接有一个具有碳碳双键的支链，所述具有碳碳双键的支链的碳原子数≤4；嵌段Y为水溶性聚合物。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述嵌段X选自聚苯乙烯、聚甲基苯乙烯、聚(2,4
‑
二甲基苯乙烯)、聚(1
‑
甲基
‑4‑
(1
‑
甲基乙烯基)苯)中的一种；所述水溶性聚合物Y选自聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、聚丙烯酸甲酯中的一种。3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述星状嵌段聚合物的平均分子量在1.5
×
104‑
2.5
×
105之间。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的应用，其特征在于，所述星状嵌段聚合物的制备包括以下步骤：在冰水浴中，向溶解有多聚甘油的溶液中加入卤化试剂充分混合反应，得到多聚甘油的大分子引发剂Polyglycerol
‑
Br；优选地，所述卤化试剂选自2
‑
溴
‑2‑
甲基丙酰溴、2
‑
溴异丁酰溴、2
‑
溴
‑2‑
甲基丙酰氯、4
‑
溴丁基氯酸中的至少一种；将所述大分子引发剂Polyglycerol
‑
Br与嵌段X的单体、卤化铜和有机配体加入有机溶剂中，经原子转移自由基聚合法，制得聚合物Polyglycerol
‑
g
‑
X；将水溶性聚合物Y的单体与所述聚合物Polyglycerol
‑
g
‑
X混合进行聚合反应，制得星状嵌段聚合物Polyglycerol
‑
g
‑
X
‑
b
‑
Y。5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，所述多聚甘油和卤化试剂的摩尔比为1:(4
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建安，朱媛媛，吴明元，吴庆云，杨建军，刘久逸，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：