石墨烯改性中间相沥青及其制备方法技术

本发明专利技术涉及沥青基炭材料领域内的一种石墨烯改性中间相沥青及其制备方法，包括如下步骤：S1,石墨烯改性步骤：采用与基质沥青分子结构相近的分散剂和石墨烯进行混合处理，制得表面吸附有分散剂分子的改性石墨烯；S2,改性石墨烯与基质沥青混合步骤：将改性石墨烯与基质沥青置于真空搅拌机中，并升温至混合物为半固态状态后搅拌混合，改性石墨烯通过其表面吸附的分散剂分子而均匀分散于液态基质沥青中，进而制得混合有改性石墨烯的基质沥青；S3,中间相沥青制备步骤：将混合有改性石墨烯的基质沥青转移至反应釜中，升温升压至预设值并保温保压预定时间后，制得石墨烯改性中间相沥青。本发明专利技术制备的中间相沥青形状、尺寸均匀，收率进一步提高。一步提高。一步提高。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯改性中间相沥青及其制备方法


[0001]本申请涉及沥青基炭材料领域，具体涉及石墨烯改性中间相沥青及其制备方法。

技术介绍

[0002]中间相沥青是由平面稠环芳烃组成的大分子混合物，具有易取向、易石墨化、成炭率高等优点，是制备多种高端炭材料的优质前驱体。作为制备中间相沥青基炭纤维的基础原料，只有稳定、性能优异的中间相沥青才能制得理想的高性能中间相沥青基炭纤维。中间相沥青是在液相状态下，通过中间相小球的生成、发展(长大)、融并以及解构重组而形成的；在这个过程中，原料中小分子的不断热分解和热缩聚反应生成平面芳香大分子，具有大量芳烃化合物的物质在350℃以上的高温条件下可以通过一系列的热分解和热缩聚反应生成盘状或棒状的平面芳香大分子。随着热缩聚反应的持续进行，中间相小球会吸收周围的母液分子继续生长，当两个小球体相遇之后，平面芳香大分子通过插层融并成更大的球体。这种融并现象会随着反应时间的延长反复发生，最终球体破裂解体为体形中间相沥青。然而，由于沥青成分复杂，新相在反应体系中难以稳定的存在，中间相小球的形成、大小、均匀性等难以控制，导致中间相沥青的质量难以稳定和保障。
[0003]为了提高中间相沥青基炭材料的性能，通常将一种或多种共炭化添加剂加入到原料沥青中，通过升温和保温的方式获得目标产物。不同的共炭化添加剂会起到不一样的作用和效果。但是，由于添加剂是通过物理方法直接与中间相沥青混合，其分散性和结合强度不尽如人意。因此研究开发新的复合技术路线就具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于石墨烯改性煤沥青制备中间相沥青及其方法。
[0005]本专利技术提供了一种石墨烯改性中间相沥青的制备方法，包括如下步骤：
[0006]S1,石墨烯改性步骤：采用与基质沥青分子结构相近的分散剂和石墨烯进行混合处理，制得表面吸附有分散剂分子的改性石墨烯；
[0007]S2,改性石墨烯与基质沥青混合步骤：将改性石墨烯与基质沥青置于真空搅拌机中，并升温至混合物为半固态状态后搅拌混合，改性石墨烯通过其表面吸附的分散剂分子而均匀分散于液态基质沥青中，进而制得混合有改性石墨烯的基质沥青；
[0008]S3,中间相沥青制备步骤：将混合有改性石墨烯的基质沥青转移至反应釜中，升温升压至预设值并保温保压预定时间后，制得石墨烯改性中间相沥青。
[0009]一些实施方式中，所述基质沥青为煤焦油沥青或煤焦油沥青和石油沥青的复合体。
[0010]一些实施方式中，所述基质沥青为煤焦油沥青和石油沥青的复合体时，所述煤焦油沥青与所述石油沥青的比例为1:1
‑
1:5。
[0011]一些实施方式中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、木质素磺酸钠、聚偏二氟
乙烯(PVDF)、乙基纤维素、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或多种组合。
[0012]一些实施方式中，所述石墨烯的层数为3
‑
8层，平均片径为2
‑
10微米。
[0013]一些实施方式中，步骤S1中，将所述石墨烯加入到水和乙醇的混合溶液中，搅拌超声分散1
‑
1.5小时后加入所述分散剂，再通过研磨并真空干燥后制得改性石墨烯。
[0014]一些实施方式中，步骤S1中，所述石墨烯与所述分散剂的质量分数的比例为1:1
‑
1:1.5。
[0015]一些实施方式中，步骤S2中，所述改性石墨烯与所述基质沥青的质量份数的比例为2:10
‑
0.5:10。
[0016]一些实施方式中，步骤S3中，混合有改性石墨烯的基质沥青转移至反应釜后，升温至360
‑
430℃，升压至2
‑
4MPa，保温保压5
‑
7小时后，释放反应釜内的压力并用氮气吹扫轻组分，待冷却后制得热解的石墨烯改性中间相沥青。
[0017]本专利技术还提供了一种石墨烯改性中间相沥青，采用所述的石墨烯改性中间相沥青的制备方法制备。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0019]1、本专利技术采用的添加剂是物理法制备的石墨烯，具有较完美的六边形蜂窝状的二维平面结构，中间相沥青的结构形态为芳香盘状稠环大分子，两者之间可以通过π
‑
π相互作用力更好的结合起来。同时，通过对石墨烯的预处理改性，使石墨烯与基质沥青的混合更均匀，锚定更牢固，有利于更好的发挥石墨烯的成核作用，提高中间相沥青的收率。
[0020]2、物理法制备的石墨烯，因其比表面积大、吸油能力强的特性，能轻易分散在中间相沥青中，使中间相沥青的热解温度要求降低，减少反应气体大量溢出来达到抑制膨胀的目的。
附图说明
[0021]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0022]图1为本专利技术石墨烯改性中间相沥青的制备方法的流程图。
具体实施方式
[0023]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0024]本专利技术申请提供了一种石墨烯改性中间相沥青的制备方法，选用与制备中间相沥青的基质沥青的结构分子相近的有机高分子分散剂与石墨烯通过混合搅拌、研磨，再干燥和解聚处理，得到改性石墨烯粉，改性石墨烯与基质沥青的相容性较佳。然后，按照一定比例将改性石墨烯与基质沥青在升温至预定温度，使得改性石墨烯与基质沥青在半固态状态下进行有效混合，改性石墨烯得以均匀地分散于半固态状态的基质沥青中。最后，将混合有改性石墨烯的基质沥青放入反应釜中，通过升温升压至预设值并保持预定时间后，释放反
应釜内的压力并用氮气吹扫轻组分，待冷却后制得热解的石墨烯改性中间相沥青。
[0025]本专利技术的原理是：本专利技术利用π
‑
π相互作用和空间物理作用，实现对石墨烯的改性，同时通过半固态状态实现石墨烯与沥青的有效均匀混合。在后续的热聚合过程中，沥青中具有较高活性的分子将优先积聚在石墨烯的表面上。随着反应的进行，沉积在石墨烯表面的活性分子之间能够发生一系列化学反应，通过这些化学反应，沥青中的小芳烃分子逐渐转变为平面型大芳烃分子。在反应过程中，石墨烯作为晶核的成核剂，使体系中的芳烃分子在石墨烯上堆叠，体系中增多了成核位点，降低了芳烃分子的成核活化能，可显著加快中间相的生成，促进沥青小分子的芳构化和缩聚反应进行，缩短中间相形成的时间，最终形成中间相沥青。
[0026]实施例1
[0027]S1,石墨烯改性步骤：将4.0g通过物理剥离方法获得的层数为3层、片径为2微米的墨烯加入到由1000ml水和1000ml乙醇混合形成的溶液中，搅拌超声分散1h后加入5.0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性中间相沥青的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1,石墨烯改性步骤：采用与基质沥青分子结构相近的分散剂和石墨烯进行混合处理，制得表面吸附有分散剂分子的改性石墨烯；S2,改性石墨烯与基质沥青混合步骤：将改性石墨烯与基质沥青置于真空搅拌机中，并升温至混合物为半固态状态后搅拌混合，改性石墨烯通过其表面吸附的分散剂分子而均匀分散于液态基质沥青中，进而制得混合有改性石墨烯的基质沥青；S3,中间相沥青制备步骤：将混合有改性石墨烯的基质沥青转移至反应釜中，升温升压至预设值并保温保压预定时间后，制得石墨烯改性中间相沥青。2.根据权利要求1所述的石墨烯改性中间相沥青的制备方法，其特征在于，所述基质沥青为煤焦油沥青或煤焦油沥青和石油沥青的复合体。3.根据权利要求1所述的石墨烯改性中间相沥青的制备方法，其特征在于，所述基质沥青为煤焦油沥青和石油沥青的复合体时，所述煤焦油沥青与所述石油沥青的比例为1:1～1:5。4.根据权利要求1所述的石墨烯改性中间相沥青的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、木质素磺酸钠、聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙基纤维素、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠(CMC)、丁苯橡胶(SBR)中的一种或多种组合。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱永球，陈小华，钱锦春，
申请(专利权)人：南通科源新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：