一种改善石墨烯在丙烯酸乳液中分散效果的方法与流程

一种改善石墨烯在丙烯酸乳液中分散效果的方法
(一)技术领域
1.本发明涉及一种改善石墨烯在丙烯酸乳液中分散效果的方法。
(二)

背景技术：

2.石墨烯是一种由碳原子以平面杂化轨道组成六角型呈蜂巢的结构、只有单个碳原子厚度的二维材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料之一。
3.石墨烯拥有巨大的应用前景，因此迫切需要寻找一种高质量、污染少、易制备的方法来满足目前蓬勃发展的石墨烯应用需求，目前国内外能大规模生产石墨烯的方法以化学法和物理法为主，由于石墨烯有较大的比表面积，造成石墨烯易于团聚，分散效果不好，导致其物理化学性能比理论值小了很多，限制了其在实际中的应用，因此有待进一步改善。
(三)

技术实现要素：

4.针对上述石墨烯在过程中分散效果不好，本发明旨在提供一种改善石墨烯在丙烯酸乳液中分散性的方法。
5.本发明采用的技术方案是：
6.一种改善石墨烯在丙烯酸乳液中分散效果的方法，所述方法包括：
7.(1)将一定量的改性剂溶于无水乙醇中，配成质量浓度0.05％～8％的改性液；所述改性剂为下列之一或其中两种以上的混合物：(e)
‑
环辛
‑2‑
烯
‑1‑
基(4
‑
硝基苯基)碳酸酯、2
‑
溴双环[2,2,1]庚烷、戊基三氯硼酸钾、正丁基硫代磷酸三胺、氨基三亚甲基膦酸、抗氧剂702、苄基三甲基硅烷、3,3
’‑
二硫代双(丙烷
‑1‑
醇)、亚甲基二磷酸四异丙酯、氰基亚甲基三正丁基膦；
[0008]
(2)在粉体石墨烯中加入改性液，再加适量的水，300～800rpm搅拌3～30min后开启砂磨机进行砂磨，最后喷雾干燥得到在丙烯酸乳液中分散性改善的改性石墨烯粉体。
[0009]
为了改善石墨烯的团聚现象，本技术发明人经过大量的实验探索后发现利用石墨烯与改性剂混合，通过一定的配比，一定的改性分散手段，一定的干燥手段，能够有效地改善石墨烯的分散效果。
[0010]
具体的，步骤(2)砂磨参数为：砂磨机转速800～1500rpm，锆铢质量为2～3.5kg，砂磨时间5～30min。
[0011]
优选的，步骤(2)中改性液中的改性剂质量为粉体石墨烯质量的1％～10％。
[0012]
优选的，步骤(2)中水质量用量为粉体石墨烯质量的50～80倍。
[0013]
具体的，步骤(2)中喷雾干燥参数为：进口温度110～200℃，风速50～250m2/h，蠕动速度200～1000ml/h。
[0014]
优选的，步骤(1)改性剂为抗氧剂702。
[0015]
本发明的有益效果主要体现在：本发明在外加机械力的情况下加入改性剂，改性剂分子上的苯环，能与石墨烯之间形成π
‑
π共轭，使改性剂牢牢附着在石墨烯表面，而改性剂分子上含有大量亲水基团，可以与水形成氢键等作用力。采用本发明方法，制得改性后的
石墨烯具有长时间稳定分散的特点，在丙烯酸树脂乳液中具有较好的应用前景。
(四)附图说明
[0016]
图1为本发明的流程示意图。
[0017]
图2为对比实施例1(a)实施例2(b)的石墨烯的sem图。
[0018]
图3为改性前(对比实施例1)后(实施例2)的石墨烯红外光谱图。
[0019]
图4为对比实施例1(a、c)和实施例2(b、d)石墨烯树脂分散在40倍率和100倍率光学显微镜下的图片。
[0020]
图5为对比实施例1(a)和实施例2(b)石墨烯的接触角测试图。
(五)具体实施方式
[0021]
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
[0022]
实施例1：
[0023]
本发明的流程示意图参见图1，具体方法如下：
[0024]
称取0.5g抗氧剂702于100ml小烧杯中，加入60g无水乙醇，搅拌溶解后得到改性液。
[0025]
称取50g石墨烯原料于混料桶中，加入配制好的改性液，加入3000g去离子水。开启高速搅拌机，转速为650rpm，转动5min。
[0026]
转入并开启砂磨机，砂磨机转速为1100rpm，锆铢质量为2.1kg，砂磨时间为15min。
[0027]
将所得浆料通过喷雾干燥机得到改性石墨烯粉末，喷雾干燥参数为：进口温度140～170℃，风速60～200m2/h，蠕动速度300～800ml/h，得到分散效果好且稳定的改性石墨烯。
[0028]
实施例2：
[0029]
称取1.5g抗氧剂702于100ml小烧杯中，加入60g无水乙醇，搅拌溶解后得到改性液。
[0030]
称取50g石墨烯原料于混料桶中，加入配制好的改性液，加入3000g去离子水。开启高速搅拌机，转速为650rpm，转动5min。
[0031]
转入并开启砂磨机，砂磨机转速为1100rpm，锆铢质量为2.1kg，砂磨时间为15min。
[0032]
将所得浆料通过喷雾干燥机得到改性石墨烯粉末，喷雾干燥参数为：进口温度140～170℃，风速60～200m2/h，蠕动速度300～800ml/h，得到分散效果好且稳定的改性石墨烯。
[0033]
实施例3：
[0034]
称取3.5g抗氧剂702于100ml小烧杯中，加入60g无水乙醇，搅拌溶解后得到改性液。
[0035]
称取50g石墨烯原料于混料桶中，加入配制好的改性液，加入3000g去离子水。开启高速搅拌机，转速为650rpm，转动5min。
[0036]
转入并开启砂磨机，砂磨机转速为1100rpm，锆铢质量为2.1kg，砂磨时间为15min。
[0037]
将所得浆料通过喷雾干燥机得到改性石墨烯粉末，喷雾干燥参数为：进口温度140
～170℃，风速60～200m2/h，蠕动速度300～800ml/h，得到分散性好且稳定的改性石墨烯。
[0038]
改性后的石墨烯的sem图参见图2，并与改性前的石墨烯(对比实施例1)进行比较。由图可见，改性前的石墨烯(gr)整体很暗，是因为导电性较差，而单层石墨烯的电阻率小于多层石墨烯；改性后的石墨烯(mgr)图片中能够看到很多很薄的褶皱，是单层石墨烯间堆叠的效果。在砂磨的作用下，改性剂分子大量吸附在石墨烯表面，一端与石墨烯片间发生π
‑
π共轭，降低石墨烯表面能，减少了石墨烯间的团聚，所以改性得到的石墨烯具有更少的层数。
[0039]
改性后的石墨烯红外光谱图参见图3，并与改性前的石墨烯(对比实施例1)进行比较。由图可见，gr在3448.9cm
‑1处有一个较宽的吸收峰，是o
‑
h的伸缩振动峰；在1500cm
‑1和1600cm
‑1处是苯环的骨架振动峰，1797.2cm
‑1处的峰可能是苯环面外变形振动的峰。在mgr的红外光谱图中，在3419.3cm
‑1处是o
‑
h的伸缩振动峰，1200.7cm
‑1的峰是羧酸的o
‑
h弯曲振动峰，1050.1cm
‑1的峰是羧酸中c
‑
o键的伸缩振动吸收峰，在1585.7cm
‑1和1595.3cm
‑1处的峰可能是苯环共轭的特征峰，改性剂成功的吸附到石墨烯表面。
[0040]
改性后石墨烯树脂分散在40倍率和100倍率光学显微镜下的图片参见图4，并与改性前的石墨烯(对比实施例1)进行比较。由图可见，改性前后石墨烯/丙烯酸树脂膜在40x和100x光学显微镜下的图片，(a、b)是两种石墨烯/树脂膜放大40倍的表面形貌，(a)中出现较多的黑色颗粒，(b)中的石墨烯分散较为均匀；在放大到100倍时，(c)中的颗粒更明显，(d)中只有局部少量颗粒。图片中的黑色颗粒是由于石墨烯在基体丙烯酸树脂中团聚所产生的，改性后的石墨烯因附着在表面的亲水基官能团，促进了改性石墨烯与丙烯酸树脂基体的分散；改性剂附着在石墨烯表面降低了石墨烯的表面能，能有效的减少石墨烯自身的团聚。
[0041]
改性前石墨烯的接触角测试图5，并与改性前的石墨烯(对比实施例1)进行比较。由图可见，石墨烯改性前的水接触角有145
°
，而改性后的水接触角是112
°
，接触角减小了22.7％。改性后石墨烯的疏水性有明显减小，这是因为改性剂上带有较多的亲水基官能团，改性剂上的大π键与石墨烯间相互作用，使带有很多亲水基团的改性剂附着在石墨烯表面，从而降低石墨烯的疏水性。
[0042]
对比实施例1：
[0043]
称取50g石墨烯原料于混料桶中，加入60g无水乙醇，加入3000g去离子水。开启高速搅拌机，转速为650rpm，转动5min。
[0044]
转入并开启砂磨机，砂磨机转速为1100rpm，锆铢质量为2.1kg，砂磨时间为15min。
[0045]
将所得通过喷雾干燥机得到石墨烯粉末，喷雾干燥参数为：进口温度140～170℃，风速60～200m2/h，蠕动速度300～800ml/h，得到对比石墨烯。
[0046]
将以上4个实施例制备得到的石墨烯与丙烯酸树脂(厂家：蓝德堡规格：kg
‑
12)混合，并对石墨烯在丙烯酸树脂中过的细度进行检测。具体过程如下：石墨烯树脂的细度采用qxd型刮板细度计测试，称取30g丙烯酸树脂，边搅拌边加入各50mg的消泡剂和流平剂，搅拌10min后，边搅拌边加入90mg石墨烯，继续搅拌20min。将混合浆料滴到细度计测试，多次重复减小误差。
[0047]
依据gb/t1724
‑
93规定进行测试。
[0048]
以下是实施例1至3改性石墨烯和对比实施例1在丙烯酸树脂中的细度对比：
[0049] 实施例1实施例2实施例3对比实施例1细度/μm65607580
[0050]
可见，本发明方法可有效改善石墨烯在丙烯酸乳液中分散性。
[0051]
以上所述实施例中，用以验证小分子在改善石墨烯中的效果，凡在本发明所涉及到的用料配比及工艺方式，任何修改、等同、替换改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。