本发明专利技术涉及一种石墨烯与水性聚氨酯导电复合材料的制备方法，属于复合材料制备领域，特指利用聚乙烯吡咯烷酮辅助，改善高浓度石墨烯水溶液的分散性和稳定性，利用溶液复合方法制备石墨烯/水性聚氨酯导电复合材料，本发明专利技术得到的石墨烯水溶液可以直接与水性聚氨酯复合，由于聚乙烯吡咯烷酮的添加，石墨烯在水性聚氨酯中的分散会更好，因为聚乙烯吡咯烷酮就是一种很好的水溶性相容剂，而且价格便宜，不会污染坏境。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种石墨烯与水性聚氨酯导电复合材料的制备方法，特指利用聚乙烯 吡咯烷酮辅助，改善高浓度石墨烯水溶液的分散性和稳定性，利用溶液复合方法制备石墨 烯/水性聚氨酯导电复合材料，属于复合材料制备领域。
技术介绍
石墨烯自2004年被英国曼彻斯特大学geim课题组通过“微机械剥离”方法制备 成功后，成为材料界、化学界和凝聚态物理界的最吸引人的研究热点；石墨烯材料的理论比 表面积高达2600 m2/g，具有突出的力学性能(1060 GPa)，导热性能(3000 w/(m K)以及 导电性能(室温下电子迁移率(15000 cm2/(V s))；目前石墨烯制备方法有很多种，如微机 械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法、液相法、化学氧化还原法等，每种方法都有自己的 优缺点；微机械剥离只适合实验室研究，而外延生长法和化学气相沉积法设备成本昂贵，液 相法产率低；化学氧化还原法是一种重要的方法，其优点是成本低、产率高，缺点是产物石 墨烯有缺陷，面积小等等，而且中间产物氧化石墨需要还原才能得到石墨烯。目前还原的方法主要有热还原和化学还原；热还原是将氧化石墨快速加热(>2000 °C/min)至1050 °C，在氮气保护下使得氧化石墨层与层之间产生CO2气体，通过气体的膨 胀把片层剥离开；化学还原是采用化学方法还原，所用的化学试剂有胼、二甲胼、对二苯酚、 NaBH4等；利用胼还原石墨烯氧化物的悬浮液，可以制得团聚的石墨烯纳米薄片，干燥后得 到导电的黑色粉末，电导率约为200 S πΓ1，但石墨烯产物在范德华力作用下极易团聚，为了 克服石墨烯在还原过程中团聚，研究人员会先在氧化石墨中加入还原剂或者聚合物，然后 再化学还原，可以得到均质胶状的化学修饰过的石墨烯悬浮液；例如2008年yongchao Si 等人在 Nanoletters 上报道了Yongchao Si and Edward Τ. Samulski. synthesis of water soluble graphene. Nano Letters. 2008，8，1679-1682.，先对 GO 石墨进行磺 化再还原得到分散的石墨烯水溶液，但石墨烯边缘含有磺酸基官能团，降低了石墨烯的导 电性，2009年公开的专利CN1016130981披露了以表面活性剂作为稳定剂、水合胼作为还原 剂制备液相石墨烯，2009年4月V. C. Tung等人在Nat. Nanotechnol上发表论文Li， D. ； Muller, M. B. ； Gilje, S. ； Kaner, R. B. ； Wallace, G. G. . Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets. Nat. Nanotech. 2008, 3, 101-105·,报道了一 种由氧化石墨制备分散的石墨烯方法，即固体氧化石墨放在纯的水合胼溶液中(15mg氧化 石墨用IOml无水胼)，在充满氮气的干燥箱中搅拌一周，还原之后就能得到分散的石墨烯溶 液，但这两种抗团聚的方法都存在缺点，表面活性剂的使用影响了石墨烯的质量，而水合胼 有毒，限制了其应用范围，但是像^ng Zhou等采用水热还原反应制备的石墨烯在水溶液 中具有较好的分散能力，而且这种方法除了滴加氨水调节PH，不需要添加任何的试剂，对坏 境没有污染，但是按照这种方法所制的的石墨烯水溶液的浓度相对来说比较低，一般都在 lmg/mL以下，浓度稍大就会出现明显的团聚现象，并且得到的水溶液放置一段时间后会出 现沉淀现象，不利于在聚合物中分散。1943年，P. Schlack (聚己内酰胺专利技术者)首次成功制备了水性聚氨酯，此时，水性 聚氨酯未受到重视，但是随着发达国家环保法规的确立和日益强化，水性聚氨酯获得了很 大的发展；水性聚氨酯树脂具有硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂、挥发性有机物含量低等 优点，同时还具有无毒、不燃、不污染环境及节约能源等优点，在胶黏剂、包装材料及涂料行 业有很好的发展前景。与多数高分子材料一样，水性聚氨酯的电阻也很高，其材料本身的表面电阻率一 般在IO12IO15 Ω之间，这使得其在使用过程中会因为摩擦而产生很高的静电压，可能会对 产品造成损坏；Anjanapura V. RaghuΑ. V. Raghu, Y. R. Lee, H. M. Jeong, C. Μ. Shin, et al. Preparation and Physical Properties of Waterborne Polyurethane/ Functionalized Graphene Sheet Nanocomposites. Macromo1. Chem. Phys. 2008, 209, 2487-2493.和 Yu Rok LeeY. R. Lee, A. V. Raghu, H. M. Jeong, B. K. Kim, et al. Properties of Waterborne Polyurethane/Functionalized Graphene Sheet Nanocomposites Prepared by an in situ Method. Macromo1. Chem. Phys. 2009, 210, 1247-1254.等通过溶液复合和原位聚合法将热处理所得的石墨烯与水性聚氨酯进行复合 和，采用溶液复合法时，先将石墨烯溶于苯酮(石墨烯在苯酮中的分散性不好)，超声30min， 然后再与水性聚氨酯的乳状混合物搅拌lh，为了将其中的苯酮溶液挥发掉，在搅拌结束后， 需将乳状混合物在25°C条件下震荡12h，当添加的石墨烯的量为3wt%时，水性聚氨酯/石 墨烯复合物的电导率为2. 24X10-4S/cm,而采用原位聚合法，添加的量为时水性聚氨 酯/石墨烯复合物的电导率为7. 87X 10_4S/cm。本专利技术针对技术背景中所阐述的现有的石墨烯与水性聚氨酯通过溶液复合的复 合材料制备技术的不足1、化学还原生成的石墨烯产物容易团聚，需要对氧化石墨接枝再 还原或加入水合胼等还原剂等以调高其分散性；2、热还原反应制备的石墨烯在水溶液中具 有较好的分散能力，不需要添加任何的试剂，对坏境没有污染，但是水溶液的浓度相对来说 太低，浓度稍大就会出现明显的团聚现象，并且得到的水溶液放置一段时间后会出现沉淀 现象，不利于在聚合物中分散；3、目前采用的溶液复合法将热处理所得的石墨烯与水性聚 氨酯进行复合的工艺比较复杂；所以提出一种具有良好分散性和稳定性的较高浓度的石墨 烯水溶液技术；即将制备的氧化石墨利用搅拌、超声和加入分散剂等方法均勻分散在水溶 剂中，在其中添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)以提高石墨烯在水中的分散性和稳定性，利用简单 的溶液混合方法，制备石墨烯/水性聚氨酯导电复合材料，聚乙烯吡咯烷酮的添加也有利 于石墨烯与水性聚氨酯的复合。值得注意的是，本专利技术与文献Α. V. Raghu, Y. R. Lee, H. M. Jeong, C. M. Shin, et al. Preparation and Physical Properties of Waterb本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯／水性聚氨酯导电复合材料的制备方法，包含如下步骤： 第一步：通过化学氧化制备出氧化石墨； 第二步：将制备出的氧化石墨和聚乙烯吡咯烷酮分散在水溶液中； 第三步：通过热还原将氧化石墨还原成石墨烯； 第四步：将水性聚氨酯与石墨烯水溶液制成复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁建宁，袁宁一，樊勇，刘跃斌，赵彩霞，于成涛，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：32
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