[發(fā)明專利]一種具有微發(fā)泡分散功能的石墨烯母料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710353235.2
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107022113B
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳慶;曾軍堂
• 申請（專利權(quán)）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C08K9/02
• 分類號: C08K9/02;C08K9/04;C08K3/04;C08L23/12;C08L21/00
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本發(fā)明涉及石墨烯復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯母料，特別涉及一種具有微發(fā)泡分散功能的石墨烯母料及制備方法。通過將石墨烯依附于發(fā)泡劑，通過對石墨烯?發(fā)泡劑分散體噴霧,利用具有高溫熔融、低溫冷凝屬性的材料對石墨烯?發(fā)泡劑體系進(jìn)行冷凝造粒，使得到的石墨烯母料中石墨烯?發(fā)泡劑體系分散均勻，較佳的保留了石墨烯與發(fā)泡劑穩(wěn)定的依附鏈接。該石墨烯母料用于聚合物時，在高溫混煉時發(fā)泡劑微發(fā)泡快速汽化膨脹，在膨脹過程中對與其相依附的石墨烯產(chǎn)生推動及拉伸，從而將石墨烯均勻分散于聚合物體中。克服了石墨烯采用原位聚合法、溶液混合法分散于聚合物中工藝復(fù)雜的缺陷，以及利用直接共混法將石墨烯分散于聚合物易團(tuán)聚的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯母料，特別涉及一種具有微發(fā)泡分散功能的石墨烯母料及制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯有著良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性以及極高的強(qiáng)度，是人類已知強(qiáng)度最高的物質(zhì)。石墨烯的應(yīng)用范圍非常廣泛，特別適用于復(fù)合材料，能夠賦予材料超乎想象的性能。例如高強(qiáng)塑料、高強(qiáng)橡膠、高導(dǎo)熱聚酯等，對現(xiàn)有材料升級換代產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。石墨烯復(fù)合材料可代替金屬或玻璃鋼而應(yīng)用于新能源汽車車輛殼體及其他部件，其優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)運(yùn)、組裝更省力，并且可降低生產(chǎn)線上工人的勞動強(qiáng)度、 降低車輛燃油消耗及提高車輛載荷量。因此，石墨烯在增強(qiáng)以及減量化方面具有巨大的應(yīng)用前景。

理論上，石墨烯粉末作為一種填料可以混入樹脂中直接使用或者預(yù)先制備成高濃度母料再方便的添加于樹脂中使用。然而，鑒于石墨烯為原子級別的層結(jié)構(gòu)，在樹脂中的增強(qiáng)功能是依靠石墨烯與樹脂分子鏈的纏繞而產(chǎn)生。如果不能有效將原子級別的石墨烯分散于樹脂中，其增強(qiáng)性的發(fā)揮會大幅縮減。另一方面，石墨烯在存儲時，通常因納米粒子效應(yīng)而團(tuán)聚，無論是直接用于樹脂還是預(yù)制母料，均需要分散處理。顯然，現(xiàn)有常規(guī)的以分散助劑為主的分散手段是難以將石墨烯有效分散的。

目前，石墨烯常規(guī)的用于增強(qiáng)主要是通過對石墨烯進(jìn)行氧化處理，形成氧化石墨烯，氧化石墨烯表面所擁有的氧分子官能團(tuán)與PE或PP聚合物鏈段結(jié)合，氧化石墨烯由于石墨烯特殊結(jié)構(gòu)受損，對聚合物的纏繞明顯下降，增強(qiáng)性能減弱。這對將石墨烯用于增強(qiáng)領(lǐng)域是致命的。但未經(jīng)改性處理的原始石墨烯因?yàn)槌时砻娑栊?，難以與大多數(shù)高分子聚合物基體進(jìn)行有效分散復(fù)合，其分散性和與聚合物基體的相互纏繞作用是獲得高性能復(fù)合材料的兩個關(guān)鍵因素。真是基于這一缺陷，制約了石墨烯優(yōu)異的材料性能難以發(fā)揮，阻礙了石墨烯材料在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。

為了獲得石墨烯良好的分散，本領(lǐng)域技術(shù)人員就石墨烯的分散條件進(jìn)行了深入的研究。如采用原位聚合法、溶液混合法、熔融共混法等。但采用原位聚合法、溶液混合法使用單體，且反應(yīng)工藝復(fù)雜，需要專用設(shè)備，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。直接共混法是一種較為簡便的方法，但難以解決石墨烯分散團(tuán)聚的問題。

據(jù)文獻(xiàn)報告，大量研究通過添加不同類型的分散劑或者改性的方式來提高石墨烯的分散效果，但是石墨烯在水或其他液體溶液中難以保證均勻分散；而采用添加分散劑的方式提高石墨烯的分散程度，雖然是當(dāng)前解決分散問題的主要方法，但該方式容易引入其他雜質(zhì)，對后續(xù)結(jié)果產(chǎn)生影響。如果依靠對石墨烯進(jìn)行過度的改性增加分散性，則會造成石墨烯缺陷，影響增強(qiáng)效果。

因此，如何找到一種能夠均勻分散石墨烯的方法，解決石墨烯易團(tuán)聚的問題，已成為石墨烯應(yīng)用領(lǐng)域亟待解決的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有石墨烯采用原位聚合法、溶液混合法分散于聚合物中工藝復(fù)雜的缺陷，以及利用直接共混法將石墨烯分散于聚合物易團(tuán)聚的問題。本發(fā)明提出一種具有微發(fā)泡分散功能的石墨烯母料，該石墨烯母料是將石墨烯與發(fā)泡劑在低溫條件下研磨分散，使石墨烯均勻分散于發(fā)泡劑，利用具有高溫熔融、低溫冷凝屬性的材料對石墨烯-發(fā)泡劑體系進(jìn)行冷凝造粒，得到的一種石墨烯母料。其顯著的優(yōu)勢是該石墨烯母料用于聚合物，在高溫混煉時發(fā)泡劑微發(fā)泡快速汽化膨脹，在膨脹過程中對與其相附的石墨烯產(chǎn)生推動及拉伸，從而將石墨烯均勻分散于聚合物體中。相較于石墨烯直接分散于聚合物中，本發(fā)明石墨烯母料的分散性能大幅提升。