本发明专利技术属于石墨烯制备技术领域的防回叠少层石墨烯粉体及其复合材料的组份和制备。该防回叠少层石墨烯粉体不仅可应用于导电塑料，导电涂料,?油墨,?也可应用于导电胶粘剂和各种树脂的力学增强。此外，该防回叠少层石墨烯粉体还可应用于锂电池与超级电容器的电极，需要高散热的复材，及其他任何需要良好导电性，导热性，力学增强的材料的制备。本发明专利技术的特点在于利用特殊的分散剂制备石墨烯溶液并在烘干过程中有效防止了石墨烯片层的二次回叠，从而得到的较薄的少层石墨烯粉体，并用较少的添加量在聚合物或其它基材中就可以得到优异的导电性能，力学性能，及导热性能。
【技术实现步骤摘要】
防回叠少层石墨烯粉体及其复合材料的组份和制备
本专利技术属于石墨烯制备
，具体涉及防回叠少层石墨烯粉体及其复合材料的组份和制备。
技术介绍
自2004年石墨烯问世以来，由于其优异的电学，力学，热学特性受到了非常广泛的关注。石墨烯的独特的物理性能决定了它的广泛的应用空间。极高的杨氏模量，热传导系数高达5000W/mK，理论比表面积高达2630m2/g，而且能隙可调，单层几乎完全透明，只吸收2. 3%的光。在不久的将来，石墨烯可能制备出更薄，导电速度更快的新一代电子元器件。 而且，由于石墨烯的良好透光性和导电性，也适合用来代替ITO制造透明触摸屏，光板，甚至太阳能电池。石墨烯良好的机械性能可以添加到高分子材料中提高多项力学性能。自2004年发现石墨稀到2010年石墨稀的发现者犾得诺贝尔奖。石墨稀的应用发展速度远远超过了当年的富勒烯和碳纳米管。因此，对高质量，大量石墨烯的需求也越来越多。因此，一种可以安全，稳定的，大批量生产高质量石墨烯的方法是急切需要的。目前，石墨烯的制备技术主要有机械剥离法，液相剥离法，氧化石墨还原法，热分解SiC法，化学沉积生长法以及外延生长法等。现有的技术在大规模生产中都存在着一定不足。其中氧化石墨还原法和液相剥离法，有可能实现规模化生产。但是，氧化石墨还原法因为氧化而使石墨烯的结构被严重破坏，导致其导电，导热性能大幅下降，因此，限制了该技术的使用。而利用液相剥离法，大多已知技术还在利用低剥离能量和长时间的剥离，以及离心萃取的方法来取得极低产率的石墨烯，这种技术的石墨烯产率大多限制在〈10 wt%范围内。而且，处理时间大多需几小时，甚至几百小时。因此，也限制了该技术的使用。此外，由于在液相中剥离后，需要将溶剂烘干，以得到石墨烯粉体。已知的技术，均难以防止石墨烯的二次回叠。导致虽然在溶液中已经剥离解理到薄层，但经过烘干步骤后又再次回叠，致使石墨烯的性能又恢复到原有石墨性能
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种防回叠少层石墨烯粉体的制备方法。本专利技术的目的还在于提供上述防回叠少层石墨烯粉体在制备复合材料方面的应用。该石墨烯粉体可加入基材制成需要抗静电或电磁屏蔽的工程塑料；也可加入基材制作导电涂料用于需要导电抗静电涂料的场所；可制作导电油墨运用在电子电路的印刷工艺； 或是运用于锂离子电池与超级电容器的电极制备。一种防回叠少层石墨烯粉体的制备方法，按照如下步骤进行(I)按重量份数，取I飞份石墨加入到15 20份浓硫酸与发烟硝酸的混合溶液中， 在溶液温度5-50°C条件下加入I飞份插层剂，搅拌4-96小时，将此混合液以滤纸过滤并用1-10 wt%&酸洗涤残留物直到无硫酸盐检出，再用去离子水水洗残留物直到pH为5-7， 50-10(TC条件下烘干，制得插层石墨；(2)将插层石墨置于高温炉中，在150-3000°C温度条件下通入氮气加热，加热时间O. 5-10分钟,制成膨胀石墨；(3)按重量份数，将f 10份分散剂加入9(Γ99份液态载体中，搅拌均匀，制成混合液；(4)将步骤(2)制备的膨胀石墨加入步骤(3)制备的混合液中，制成混合浊液；(5)利用高剪切解理设备将步骤(4)制备的混合浊液均匀分散并同时对已膨胀石墨进行剥离解理，解理时间为0.001-10小时，得到多层石墨烯混合液；(6)对(5)步骤制得的多层石墨烯混合液在50_150°C下加热烘干，制成成品。所述步骤(3)中制备的混合液中还可加入f 3份阴离子表面活性剂与O.广0，5份消泡剂；所述阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸钠、脂肪酸钠、烷基磺酸钠中的一种及一种以上。所述插层剂为高锰酸钾、双氧水、浓硫酸、红酸钠、高氯酸钠、氯酸钾、氯化铁、二氧化碳、甲醇、乙醇、水中的一种或一种以上。所述石墨的粒径为50-10000 μ m。所述分散剂为聚氧化乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、钛酸酯、聚乙烯醇、海藻酸钠、二甲基硅油、聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烧基苯磺酸钠中的一种或一种以上。所述液态载体为异丙醇、乙醇、丙酮、丁酮、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲苯、苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯、乙酸异戊酯、醋酸异戊酯、香蕉水、水中的一种或一种以上。所述高剪切解理设备为高剪切乳化机、高剪切分散机、高速液流对撞、粉碎机、高剪切均质机中的一种或一种以上；高剪切解理设备提供的剪切能量为30 - 8000 kj/mol。所述防回叠少层石墨烯粉体的厚度为O. 1-20 nm，径厚比为(100000:1)-(100:1)。上述防回叠少层石墨烯粉体在制备复合材料方面的应用，所述复合材料由防回叠少层石墨烯粉体和基材组成，石墨烯粉体占复合材料总重量的O. 01- 90 %;所述基材为导电塑料、导电涂料或锂电池电极材料。所述导电塑料基材为聚碳酸酯、尼龙6、尼龙66、尼龙12、尼龙610、尼龙11、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚丙烯、聚乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚三氟乙烯、聚醚醚酮中的一种或一种以上；所述导电涂料基材为环氧树脂、聚氨酯、 丙烯酸酯、酚醛树脂、聚脲树脂、氯醋树脂中的一种或一种以上；所述锂电池电极材料为天然石墨、人造石墨、硅、钛酸锂、氧化锌、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂、镍钴锰三元材料、镍钴招三元材料中的一种或一种以上。 本专利技术的有益效果本专利技术的方法使用了插层剂、分散剂、消泡剂和阴离子表面活性剂，不但可以在加工过程中大幅度降低了液体和石墨间的表面张力，使石墨烯片层容易剥离，而且剥离后又在单体石墨烯片层形成包覆膜，保护单体石墨烯片层在制粉烘干过程中不会二次回叠，这样，就得到非常薄的和高度分散的石墨烯片层(原理说明见图1)。此外，本专利技术利用极高解理能量的剪切设备，大幅降低了解理时间，从而使产率提高到95 wt% 以上。该少层石墨烯粉体最终制作成导电颗粒或母浆，运输，储存，使用非常便利，改善了由于碳纳米材料堆密度较小，体积较大引起的储存，运输，使用中的不便。并避免了粉尘飞扬， 更加环保。附图说明图1为石墨烯片层在制粉烘干过程中防止二次回叠原理示意图。图2为。使用防回叠技术与未使用防回叠技术在涂料表面电阻率上的对比。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例1一种防回叠少层石墨烯粉体的制备方法，按照如下步骤进行(I)取500g天然石墨(IOOmesh)加入1500g浓硫酸与发烟硝酸的混合溶液中，在溶液5°C下加入750g氯酸钾，并持续搅拌96小时。将此混合液以滤纸过滤并用5wt%盐酸洗涤残留物直到无硫酸盐检出，再用去离子水水洗残留物直到PH为6。将残留物置于 70°C烘箱中烘干48小时，既得到插层石墨。(2)将步骤(I)制备的插层石墨放入通有氮气的马弗炉，温度设定1050°C，加热时间2分钟，既得膨胀石墨；(3)按重量份数，将90g聚氧化乙烯加入5610g水中，搅拌均匀，制成混合液；(4)将步骤(2)制备的膨胀石墨加入步骤(3)制备的混合液中，制成混合浊液；(5)利用高剪切分散机(提供的剪切能量为1000 kj/mol)将步骤(4)制备的混合浊液均匀分散并同时对已膨胀石墨本文档来自技高网...
【技术保护点】
防回叠少层石墨烯粉体及其复合材料的组份和制备，其特征在于，按照如下步骤进行：（1）按重量份数，取1~5份石墨加入到15~20份浓硫酸与发烟硝酸的混合溶液中,?在溶液温度5?50℃条件下加入1~5份插层剂，搅拌4?96小时,?将此混合液以滤纸过滤并用1?10?wt%盐酸洗涤残留物直到无硫酸盐检出,?再用去离子水水洗残留物直到pH为5?7，50?100℃条件下烘干，制得插层石墨；（2）将插层石墨置于高温炉中,?在150?3000℃温度条件下通入氮气加热，加热时间0.5?10分钟，制成膨胀石墨；（3）按重量份数，将1~10份分散剂加入90~99份液态载体中,?搅拌均匀，制成混合液；（4）将步骤（2）制备的膨胀石墨加入步骤（3）制备的混合液中，制成混合液；?（5）利用高剪切解理设备将步骤（4）制备的混合液均匀分散并同时对已膨胀石墨进行剥离解理，解理时间为0.001?10?小时，得到多层石墨烯混合液；（6）对（5）步骤制得的多层石墨烯混合液在50?150℃下加热烘干，制成成品。
【技术特征摘要】
1.防回叠少层石墨烯粉体及其复合材料的组份和制备，其特征在于，按照如下步骤进行 (1)按重量份数，取I飞份石墨加入到15 20份浓硫酸与发烟硝酸的混合溶液中，在溶液温度5-50°C条件下加入I飞份插层剂，搅拌4-96小时，将此混合液以滤纸过滤并用1-10 wt%盐酸洗涤残留物直到无硫酸盐检出，再用去离子水水洗残留物直到pH为5-7，50-100°C条件下烘干，制得插层石墨； (2)将插层石墨置于高温炉中，在150-3000°C温度条件下通入氮气加热，加热时间0.5-10分钟,制成膨胀石墨； (3)按重量份数，将f10份分散剂加入9(T99份液态载体中，搅拌均匀，制成混合液； (4)将步骤(2)制备的膨胀石墨加入步骤(3)制备的混合液中，制成混合液； (5)利用高剪切解理设备将步骤(4)制备的混合液均匀分散并同时对已膨胀石墨进行剥离解理，解理时间为0. 001-10小时，得到多层石墨烯混合液； (6)对(5)步骤制得的多层石墨烯混合液在50-150°C下加热烘干，制成成品。2.根据权利要求1所述防回叠少层石墨烯粉体及其复合材料的组份和制备，其特征在于，所述步骤(3)中制备的混合液中加入f 3份阴离子表面活性剂与0. ro. 5份消泡剂；所述阴离子表面活性剂为烷基苯磺酸钠、脂肪酸钠、烷基磺酸钠中的ー种及ー种以上。3.根据权利要求1所述防回叠少层石墨烯粉体及其复合材料的组份和制备，其特征在于，所述插层剂为高锰酸钾、双氧水、浓硫酸、红酸钠、高氯酸钠、氯酸钾、氯化铁、ニ氧化碳、甲醇、こ醇、水中的ー种或ー种以上。4.根据权利要求1所述防回叠少层石墨烯粉体及其复合材料的组份和制备，其特征在于，所述石墨的粒径为50-10000 ym。5.根据权利要求1所述防回叠少层石墨烯粉体及其复合材料的组份和制备，其特征在于，所述分散剂为聚氧化こ烯、聚こ烯吡咯烷酮、聚こニ醇、羧甲基纤维素钠、壳聚糖、钛酸酷、聚こ烯醇、海...
【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，何斌，郑鑫强，蔡庆荣，
申请(专利权)人：鸿纳东莞新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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