[發明專利]一種利用含氟超支化聚乙烯共聚物制備石墨烯粉末及其分散液的方法

有效

• 申請號: 201810015380.4
• 申請日: 2018-01-08
• 公開（公告）號: CN108373148B
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 徐立新;徐春鋒;葉會見
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C01B32/19
• 分類號: C01B32/19;C01B32/194;C08F255/02;C08F220/24;C08F210/02;C08F220/28
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

本發明公開了一種利用含氟超支化聚乙烯共聚物制備石墨烯粉末及其分散液的方法：利用α?二亞胺鈀催化劑催化含溴單體和乙烯共聚，獲得含溴超支化聚乙烯共聚物；利用所得含溴超支化聚乙烯共聚物引發含氟單體在超支化聚乙烯支鏈末端共聚，獲得含氟超支化聚乙烯共聚物；以所得含氟超支化聚乙烯共聚物為穩定劑，在有機溶劑中通過超聲或高速攪拌實現石墨粉剝離，獲得石墨烯分散液；通過真空抽濾或離心去除所得石墨烯分散液中的游離聚合物，獲得表面含氟聚合物修飾的石墨烯粉末并通過超聲分散于合適有機溶劑中，獲得表面含氟聚合物修飾的石墨烯分散液。本發明具有制備效率高、石墨烯結構缺陷少、工藝簡單易放大等優點，所得石墨烯在含氟聚合物復合改性領域具有廣闊應用前景。

技術領域

本發明涉及一種利用含氟超支化聚乙烯共聚物制備石墨烯粉末及其分散液的方法。

背景技術

作為二維碳納米材料，石墨烯由單一sp²雜化碳原子構成，僅具有單原子厚度。這一獨特結構使其具有很高的比表面積，以及優異的電學、熱學、力學和光學等性能。借助其獨特的結構以及上述優異的性能，利用其對聚合物基體復合改性，可望顯著提高后者的力學、耐熱等使用性能，同時使其獲得優異的導電、導熱、儲能、電磁屏蔽、氣體阻隔等功能，是實現聚合物材料高性能化和功能化的有效途徑。因而，石墨烯在聚合物改性領域具有重要而廣闊的應用前景。

然而，要實現石墨烯在聚合物改性領域的規模化應用，須解決好如下基本問題：首先如何實現低缺陷石墨烯的高效、可控、低成本制備？其次，如何有效提高石墨烯在聚合物基體中的分散性能，以避免石墨烯在與聚合物復合過程發生團聚？再次，如何提高石墨烯與各類聚合物基體之間的界面相容性，以提高兩者之間的界面作用？等等。

為解決上述問題，迄今，有關石墨烯制備及其對聚合物復合改性的研究已有大量報道。一系列石墨烯制備方法已先后被開發，主要包括：化學氧化還原法、氣相沉積法、外延生長法、球磨法、液相剝離法等。這些方法各有優缺點。化學氧化還原法制備石墨烯的效率較高，可獲得較大規模的石墨烯溶液或粉末，所得石墨烯表面存在化學反應基團，易于進一步化學功能化修飾，是目前各類石墨烯研究及應用中最常采用的制備方法之一；然而，該法所得石墨烯結構缺陷較多，導致其電學性能較原生石墨烯明顯下降，同時制備過程工藝較復雜，涉及毒性較大的化學藥品，帶來一定的環境污染問題，同時制備成本較高。氣相沉積法和外延生長法適宜獲得大面積的石墨烯薄膜，但需沉積在特定的基底表面，存在轉移困難、制備工藝復雜、制備成本高等不足，不適合石墨烯液相加工應用。球磨法可獲得大規模石墨烯粉末，制備方法相對簡單，但所得石墨烯厚度較大，尺寸分布不均，同時易引入結構缺陷。

相對而言，液相剝離法是一類更具應用前景的石墨烯制備技術，該方法借助超聲或高速攪拌等剪切作用，在合適溶劑中使石墨片層剝離，可直接獲得石墨烯分散液；所得石墨烯結構缺陷較少，同時制備工藝相對簡單，易于規模化放大，適合于石墨烯/聚合物復合材料的制備及相關應用。然而，該方法所適用溶劑通常具有較高的沸點、較大的毒性及較高的價格，這些特殊溶劑的使用為石墨烯的后續應用帶來不利；而在水或普通溶劑中，石墨的液相剝離效率很低，需在表面活性劑、功能小分子或具有特定結構與功能基團的功能高分子等的穩定保護下，方能實現石墨液相剝離，然而效率總體偏低，同時，這些穩定劑特別是低分子表面活性劑的存在，會導致石墨烯應用性能下降。