苝系聚合物及其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苝系聚合物及其在制备石墨烯分散液中的应用，所述苝系聚合物的通式为Polyperylene

【技术实现步骤摘要】
苝系聚合物及其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
，具体涉及一种用于制备石墨烯分散液的苝系聚合物及其制备方法，还涉及基于该苝系聚合物进行石墨烯分散液制备的方法。

技术介绍

[0002]石墨烯，由单层蜂窝状C
‑
C键以sp2杂化紧密堆积组成的二维晶格结构的材料，因为其优异的结构特性，石墨烯有着许多优异的性能，比如力学强度、超高的导电性能和最室温热导率等。因此，石墨烯在储能装置、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主要分为两类：自下而上和自上而下的方法。其中，化学气相沉积作为一种典型的自下而上的方法，通常用于生产石墨烯薄膜，但是由于其高成本和操作苛刻性，不易大规模使用。另一种方法则是自上而下的方法，还原氧化石墨烯就是这样一种方法，但是还原的氧化石墨烯会存在许多缺陷同时还会有许多含氧基团无法去除。目前自上而下的方法中机械剥离是最常采用的技术手段，其是通过在液相体系中，利用超声或剪切处理石墨，将石墨烯从石墨上剥离下来，从而避免引入更多的杂质。但机械剥离也存在一定的缺陷，石墨烯由于其疏水的性质，无法在水中分散，剥离后的石墨烯容易再次团聚起来，因此，这时就需要石墨烯分散剂的帮助将其稳定分散在溶液中。由于机械剥离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]目前可用于机械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。
[0005]苝系化合物具有芳香环平面结构，具有大的共轭体系，因此，利用其作为石墨烯分散剂，能够利用其芳香环平面与石墨烯片层间形成较强的π
‑
π吸附作用，起到分散石墨烯同时阻碍石墨烯片之间团聚的效果。比如公开号为CN106467608A的中国专利申请公开了苝基甲氧基聚乙二醇作为分散剂制备石墨烯分散液的方案，但该方案中采用3，4，9，10
‑
苝四甲酸二酐与甲氧基聚乙二醇之间发生酯化反应，而酯化反应的酯化率无法稳定控制，且形成的苝基甲氧基聚乙二醇的反应中无法完全除去未反应的3，4，9，10
‑
苝四甲酸二酐与甲氧基聚乙二醇，这样对于石墨烯的剥离会有不好的效果；又如公开号为CN108862264A的中国专利申请同样公开了一种基于苝系化合物进行石墨烯分散液制备的方案，该分散剂不仅能够具有优异的分散能力，同时能够与酸反应成盐，利于去除，但该方案在合成反应的过程中工艺过于繁琐，反应时间过长，而且该方案所制备的石墨烯还需要进行离心取得上清液，导致
其他的石墨烯浪费。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术有必要提供一种用于制备石墨烯分散液的苝系聚合物，该苝系聚合物能够实现对石墨的高效剥离，制得层数少、稳定分散的石墨烯分散液。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，本专利技术首先提供了一种用于制备石墨烯分散液的苝系聚合物，所述苝系聚合物的通式为Polyperylene
‑
g
‑
A
‑
b
‑
C，其以苝系化合物为核，以A
‑
b
‑
C两嵌段聚合物为臂；其中，嵌段A的单体的分子结构中至少具有一个苯环结构且苯环结构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C的单体为分子结构中含有双键的水溶性单体。
[0008]进一步方案，所述苝系化合物选自3,4,9,10
‑
四羧酸酐、苝二酸二异丁酯、3
‑
氨基苝、苝
‑3‑
甲酸、3
‑
苝硼酸中的一种。
[0009]进一步方案，所述嵌段A的单体选自苯乙烯、甲基苯乙烯、2,4
‑
二甲基苯乙烯、1
‑
甲基
‑4‑
(1
‑
甲基乙烯基)苯)中的一种。
[0010]进一步方案，所述嵌段C的单体选自丙烯酸、乙烯吡咯烷酮、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸甲酯中的一种。
[0011]进一步方案，所述苝系聚合物的平均分子量在1.5
×
104‑
2.5
×
105之间。
[0012]本专利技术进一步公开了一种如前所述的苝系聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0013]在冰水浴中，向溶解苝酸的溶液中加入卤化试剂充分混合反应，得到苝系化合物的大分子引发剂Polyperylene
‑
Br；
[0014]将所述大分子引发剂Polyperylene
‑
Br与嵌段A的单体进行第一次原子转移自由基聚合反应，制得聚合物Polyperylene
‑
g
‑
A
‑
Br；
[0015]将嵌段C的单体与所述聚合物Polyperylene
‑
g
‑
A
‑
Br进行第二次原子转移自由基聚合反应，制得苝系聚合物Polyperylene
‑
g
‑
A
‑
b
‑
C；
[0016]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
‑
溴丁基氯酸中的一种。
[0017]进一步方案，所述苝酸和卤化试剂的摩尔比为1:(1
‑
15)。
[0018]进一步方案，所述第一次原子转移自由基聚合反应的步骤具体为：
[0019]将所述大分子引发剂Polyperylene
‑
Br、嵌段A的单体、卤代金属、有机配体和还原剂加入有机溶剂中，充分搅拌；再通入保护气体，真空除氧后密封，加热，Polyperylene
‑
Br和嵌段A的单体分子发生自由基聚合反应；再向体系中加入沉淀剂，将聚合物分子沉淀烘干，得到聚合物Polyperylene
‑
g
‑
A
‑
Br；
[0020]优选地，所述大分子引发剂Polyperylene
‑
Br、嵌段A的单体、卤代金属、有机配体、还原剂的摩尔比为1：(100本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备石墨烯分散液的苝系聚合物，其特征在于，所述苝系聚合物的通式为Polyperylene
‑
g
‑
A
‑
b
‑
C，其以苝系化合物为核，以A
‑
b
‑
C两嵌段聚合物为臂；其中，嵌段A的单体的分子结构中至少具有一个苯环结构且苯环结构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C的单体为分子结构中含有双键的水溶性单体。2.如权利要求1所述的用于制备石墨烯分散液的苝系聚合物，其特征在于，所述苝系化合物选自3,4,9,10
‑
四羧酸酐、苝二酸二异丁酯、3
‑
氨基苝、苝
‑3‑
甲酸、3
‑
苝硼酸中的一种。3.如权利要求1所述的用于制备石墨烯分散液的苝系聚合物，其特征在于，所述嵌段A的单体选自苯乙烯、甲基苯乙烯、2,4
‑
二甲基苯乙烯、1
‑
甲基
‑4‑
(1
‑
甲基乙烯基)苯)中的一种。4.如权利要求1所述的用于制备石墨烯分散液的苝系聚合物，其特征在于，所述嵌段C的单体选自丙烯酸、乙烯吡咯烷酮、丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯酸甲酯中的一种。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的用于制备石墨烯分散液的苝系聚合物，其特征在于，所述苝系聚合物的平均分子量在1.5
×
104‑
2.5
×
105之间。6.一种如权利要求1
‑
5任一项所述的苝系聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在冰水浴中，向溶解苝酸的溶液中加入卤化试剂充分混合反应，得到苝系化合物的大分子引发剂Polyperylene
‑
Br；将所述大分子引发剂Polyperylene
‑
Br与嵌段A的单体进行第一次原子转移自由基聚合反应，制得聚合物Polyperylene
‑
g
‑
A
‑
Br；将嵌段C的单体与所述聚合物Polyperylene
‑
g
‑
A
‑
Br进行第二次原子转移自由基聚合反应，制得苝系聚合物Polyperylene
‑
g
‑
A
‑
b
‑
C；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
‑
溴丁基氯酸中的一种；所述苝酸和卤化试剂的摩尔比为1:(1
‑
15)。7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述第一次原子转移自由基聚合反应的步骤具体为：将所述大分子引发剂Polyperylene<...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建安，汪鹏飞，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：