[發(fā)明專利]一種用于涂料的石墨烯中間體及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711333023.4
• 申請(qǐng)日: 2017-12-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107974125B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林瑞榮;莊焱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門(mén)中凱新材石墨烯科技有限公司
• 主分類號(hào): C09D7/62
• 分類號(hào): C09D7/62;C09D5/24;C08G18/75;C08G18/66;C08G18/42;C08G18/32
• 代理公司: 廈門(mén)加減專利代理事務(wù)所(普通合伙) 35234
• 代理人: 李強(qiáng)

本發(fā)明提供一種用于涂料的石墨烯中間體及其制備方法，所述制備方法包括如下步驟：步驟一、將石墨烯粉體溶解至酰胺液體中，超聲分散；步驟二、在步驟一得到的溶液中加入聚酯多元醇、小分子二元醇和小分子三元醇，通入氮?dú)猓訜岵嚢?；步驟三、在步驟二的基礎(chǔ)上加入二異氰酸酯和有機(jī)錫催化劑，保溫并攪拌；步驟四、對(duì)步驟三的反應(yīng)體系進(jìn)行降溫，在通入氮?dú)夂统掷m(xù)攪拌的條件下加入聚乙烯基吡咯烷酮；步驟五、在步驟四所得產(chǎn)物中加入去離子水并攪拌，之后進(jìn)行干燥，即可得到石墨烯中間體。本發(fā)明提供的用于涂料的石墨烯中間體，無(wú)需經(jīng)過(guò)改性處理即可添加至涂料中，同時(shí)可均勻分散至涂料溶劑中且不發(fā)生團(tuán)聚，方便了石墨烯在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及石墨烯涂料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于涂料的石墨烯中間體及其制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是緊密堆積成二維六方蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的單層碳原子，各碳原子之間以sp²雜化方式相連。微觀上，單層石墨烯薄膜并非二維的扁平結(jié)構(gòu)，而是具有“納米尺度上”穩(wěn)定的微波狀的單層結(jié)構(gòu)，是目前發(fā)現(xiàn)的唯一存在的二維自由態(tài)原子晶體；宏觀上，石墨烯可以翹曲成零維的富勒烯，卷成一維的碳納米管或者堆垛成三維的石墨。石墨烯獨(dú)特的二維周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定的碳六元環(huán)的存在，賦予了其優(yōu)異的性能：?jiǎn)螌邮┑暮穸葍H為0.35nm，是目前已知最輕最薄的材料；它在室溫下的電子遷移率為2×10⁵cm²·V^-1·s^-1，是光速的1/300，理論比表面積能夠達(dá)到2630m²·g^-1，全波段光吸收只有2.3％，熱導(dǎo)率高達(dá)5000W·m^-1·K^-1，楊氏模量超過(guò)1100GPa，抗拉強(qiáng)度超過(guò)130GPa，且韌性非常好，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子會(huì)通過(guò)彎曲變形來(lái)適應(yīng)外力，而不必使碳原子重新排列，這樣就保持了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。因此，石墨烯是一種應(yīng)用潛力非常廣泛的碳材料，在新型反應(yīng)分離、新材料、節(jié)能環(huán)保等眾多產(chǎn)業(yè)中都有巨大的應(yīng)用前景。

高質(zhì)量的石墨烯是指片層面積較大(橫向尺寸1μm)，晶體結(jié)構(gòu)完整、缺陷量少(拉曼光譜表征D峰不明顯或D/G0.1)和表面光能團(tuán)數(shù)量較少(碳氧原子比大于20)的石墨烯片，這種石墨烯片具有與理想石墨烯接近的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性質(zhì)。

但由于石墨烯尺度為納米級(jí)，未經(jīng)表面處理的石墨烯粉體或漿料通常會(huì)發(fā)生團(tuán)聚，而團(tuán)聚的石墨烯無(wú)法在宏觀尺度下形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)或相互疊加構(gòu)成致密的薄膜結(jié)構(gòu)。因此，實(shí)現(xiàn)良好的液相分散是石墨烯實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。目前石墨烯可良好分散的液相物質(zhì)只有超強(qiáng)酸類物質(zhì)，如發(fā)煙硫酸、氯磺酸等，而這類物質(zhì)皆具有一定的危險(xiǎn)性，對(duì)使用環(huán)境的要求也較為苛刻，因此難以實(shí)現(xiàn)該類溶劑的大量應(yīng)用，而其他常規(guī)溶劑難以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量石墨烯的有效分散。特別是在涂料的應(yīng)用當(dāng)中，石墨烯易于團(tuán)聚的缺點(diǎn)使涂料中石墨烯的分布不均，造成涂層部分區(qū)域的性能不平衡，難以達(dá)到所要求的涂層整體性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的石墨烯易于團(tuán)聚、在涂料中難以均勻分散的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于涂料的石墨烯中間體及其制備方法，由本方法制得的石墨烯中間體可無(wú)需經(jīng)過(guò)改性處理直接添加至涂料的制備過(guò)程中，并均勻分散在涂料之中，同時(shí)其形成的聚氨酯可有效增強(qiáng)涂膜的柔韌性，提升涂膜性能。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于涂料的石墨烯中間體的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將石墨烯粉體溶解至酰胺液體中，超聲分散；

步驟二、在步驟一得到的溶液中加入聚酯多元醇、小分子二元醇和小分子三元醇，通入氮?dú)猓訜岵嚢瑁?/p>

步驟三、在步驟二的基礎(chǔ)上加入二異氰酸酯和有機(jī)錫催化劑，保溫并攪拌；

步驟四、對(duì)步驟三的反應(yīng)體系進(jìn)行降溫，在通入氮?dú)夂统掷m(xù)攪拌的條件下加入聚乙烯基吡咯烷酮；