[發明專利]石墨烯分散方法、石墨烯分散體系與其制備方法及應用

有效

• 申請號: 201510014730.1
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN105838026B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 蔣曙;韓金;烏學東;姜道義;陳永悅;薛清泉;曹慧軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K3/04;C08G59/20;C08G59/40
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙)32256
• 代理人: 王鋒

技術領域

本發明具體涉及一種石墨烯分散方法、石墨烯分散體系、石墨烯基復合材料，例如石墨烯基環氧樹脂復合材料與其制備方法及應用。

背景技術

石墨烯具有優異的導電性、導熱性和力學強度，其和EP 復配后制成的復合材料可充分發揮兩者的優勢，表現為復合材料的導熱性、電磁性、拉伸強度和模量等顯著提高。石墨烯還具有優異的剛性、尺寸穩定性和韌性等特點，以此作為EP 的改性劑，可顯著提高復合材料的力學性能。石墨烯的加入還能克服了普通無機填料摻量大、改性效率低等缺點。目前已有許多學者已經成功制備了石墨烯基復合材料，并對石墨烯對基體的增強作用做了深入的研究，Seokwoo Jeon等人制備了一種石墨烯基復合材料，結果表明石墨烯的加入，對基體材料的導熱性和導電性都有顯著的提高。石墨烯還可以提高復合材料的韌性，當石墨烯受負載時，會有很高的彎曲模量，可以吸收能量。Micah J.Green等人用石墨烯制備了一種環氧復合材料。研究表明，石墨烯的加入，使得環氧復合材料的拉伸強度和模量提高了38%和37%。但由于當前所制備的石墨烯復合材料中石墨烯的分散性不是很好，而在環氧樹脂復合材料中采用的大都是非活性稀釋劑或是有毒揮發性的溶劑來制備石墨烯環氧樹脂復合材料，在非親水性溶液中經常會出現團聚現象，同時石墨烯層與層之間也會產生聚集，導致在復合材料中分散不均勻。

發明內容

鑒于現有技術的不足，本發明的主要目的之一在于提供一種石墨烯分散方法。

本發明的另一目的在于提供一種石墨烯分散體系。

本發明的又一目的在于提供一種石墨烯-環氧樹脂復合材料及其制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案包括：

一種石墨烯分散體系，包含：

基體組分，包括環氧稀釋劑或環氧稀釋劑與選定基質的組合物，

以及，均勻分散于基體組分內的石墨烯；

其中，所述環氧稀釋劑包含直接連接有環狀基團的環氧化合物，所述選定基質包括環氧樹脂。

優選的，其中石墨烯與環氧稀釋劑的質量比為0.05~10：100。

一種石墨烯分散方法，包括：將石墨烯均勻分散于環氧稀釋劑內形成穩定石墨烯分散液，所述環氧稀釋劑包含連接有環狀的環氧化合物。

在一較為優選的實施方案之中，該石墨烯的分散方法可以包括：將石墨烯與環氧稀釋劑按質量比0.05~10:100混合，超聲分散10h~30h，得到均勻穩定分散的石墨烯-環氧稀釋劑分散體系。

一種石墨烯-環氧樹脂復合材料，包含：環氧樹脂，均勻分散于環氧樹脂內的石墨烯，以及用以促使所述石墨烯均勻分散于環氧樹脂中的環氧稀釋劑；所述環氧稀釋劑包含直接連接有環狀基團的環氧化合物。

進一步的，所述石墨烯-環氧樹脂復合材料是主要由環氧樹脂、石墨烯、環氧稀釋劑形成的流體狀體系，所述石墨烯均勻分散于所述流體狀體系中。

進一步的，所述石墨烯-環氧樹脂復合材料是主要由環氧樹脂、石墨烯、環氧稀釋劑和環氧樹脂固化劑形成的固化體系，所述石墨烯均勻分散于所述固化體系中。

較為優選的，在所述石墨烯-環氧樹脂復合材料之中，石墨烯與環氧稀釋劑的質量比為0.05~10:100。

較為優選的，在所述石墨烯-環氧樹脂復合材料之中，石墨烯及環氧稀釋劑與環氧樹脂的質量比為1：5~20。

較為優選的，在所述石墨烯-環氧樹脂復合材料之中，石墨烯的質量為環氧樹脂質量的0.05%-5%。

進一步的，前述環氧稀釋劑中環氧基團與環狀化合物直接連接。更具體的講，所述環氧稀釋劑優選為一類結構上具有與環狀基團直接相連的環氧化合物，這類化合物一端是環狀基團，與環狀基團相連的是環氧化合物且此環直接與環氧基團相連，例如，可優選自但不局限于環氧環戊烷、環氧環丙烷、環氧環丁烷、環氧環己烷、環氧環庚烷、環氧環辛烷以及1烴基取代環氧環戊烷。

進一步的，所述石墨烯至少可優選自表面結構規整的非氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、氧化石墨烯的任一種。并且，所述石墨烯表面含有極少量羥基、羧基等雜基團，其片層厚度為3-10層。

前述石墨烯-環氧樹脂復合材料的制備方法，包括：

將石墨烯均勻分散于環氧稀釋劑內形成穩定石墨烯分散液，

以及，將所述石墨烯分散液加入環氧樹脂混合均勻，形成均勻分散有石墨烯的環氧樹脂。

進一步的，可以將凍干的石墨烯均勻分散于環氧稀釋劑內形成穩定石墨烯分散液。