一种石墨烯油性浆料及其制备方法与流程

本发明涉及一种高浓度石墨烯油性浆料，属于有机无机复合材料领域。

背景技术：

石墨烯是一种由单层sp²杂化碳原子构成的六方点阵蜂窝状二维结构，具有非常优异的力学强度(强度：130GPa，杨氏模量：1TPa)，被广泛用于复合材料的增强增韧。此外，石墨烯还是世界上最轻的材料，比表面积高达2630m²/g，符合复合材料轻量化的设计需求。石墨烯粒径小，片层间由于共轭结构形成非常强的范德华作用力，使得片层极易堆叠，难以分散。可以分散石墨烯的溶剂，主要是极性溶剂，由其是水，较其它有机极性溶剂更容易分散。即使是水作为分散溶剂，所得到的稳定石墨烯浆料的浓度也达不到目前复合材料的要求。而石墨烯在油性溶剂中的浓度更低，稳定性更差。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种高浓度石墨烯油性浆料，进一步的，本发明提供的高浓度石墨烯油性浆料的稳定性能更强；

本发明的另一目的是提供上述石墨烯油性浆料的制备方法。

一种石墨烯油性浆料，各组分及含量为：

溶剂80-90wt％、烷基化改性石墨烯5-15wt％、油性分散剂2-7wt％。

作为优选方案，上述的石墨烯油性浆料，各组分及含量为：

溶剂85wt％、烷基化改性石墨烯10wt％、油性分散剂5wt％。

优选的，所述烷基化改性石墨烯为单层或多层结构的石墨烯粉末，其片径为0.2～10um，厚度为0.5～30nm，比表面积为200～1000m²/g。

优选的，所述烷基化改性石墨烯按照如下方法制备而成：

1)氧化石墨解理同时引入烷基链

将分散剂、润湿剂、烷基化改性剂溶解于乙醇中，再加入氧化石墨，得到氧化石墨的悬浮液，再将悬浮液置于乳化机中对氧化石墨进行机械剥离，氧化石墨在剥离解理的同时与烷基链进行接枝反应，形成接枝有烷基链的氧化石墨烯溶液；

2)低温原还

对步骤1)中得到的接枝有烷基链的氧化石墨烯溶液进行抽滤、洗涤，将滤饼于300℃以下还原，得到烷基化改性的石墨烯粉体。

优选的，分散剂：润湿剂：烷基化改性剂的质量比为(0.8～1.5)：(0.02～0.2)：1，此比例进一步优选1：0.1：1。

优选的，所述烷基化改性剂：乙醇的质量比为1：(90～100)，进一步优选1：97。

优选的，所述氧化石墨的加入量与烷基化改性剂的质量比为1：(0.7～3)，优选为1：1；进一步优选的，所述氧化石墨为氧化石墨粉体。

优选的，所述水性分散剂为PSS、SDBS、SDS、商用BYK、AFCONA等各种水性的分散剂，进一步优选PSS。

优选的，所述润湿剂为AFCONA5000。

优选的，烷基化改性剂为十八胺、硅烷偶联剂。

优选的，所述乳化机为高剪切力乳化机，乳化机搅拌0.5h，转速为10000rpm。

优选的，所述还原的温度为180～200℃。还原时间5-10min。

优选的，抽滤5～10min。

优选的，所述油性分散剂为BYK163、BYK165或AFCONA4000系列。

BYK、BYK163、BYK165为毕克化学(德国BYK公司)的产品，AFCONA4000、AFCONA5000是Afcona公司的产品，均是本领域技术人员公知的可以市面购买得到的。

优选的，所述溶剂为白油、石蜡油、十氢化萘、矿物油中的一种或多种组合；优选矿物油。

优选的，将油性分散剂加入到溶剂中，搅拌至溶解，再向溶剂中加入烷基化改性的石墨烯粉体，再进行机械分散处理，得到分散的石墨烯浆料。

上述石墨烯油性浆料的制备方法，所述烷基化改性的石墨烯粉体分三批次加入，依次为总量的4/10、3/10、3/10，前一批次的烷基化改性的石墨烯粉体完全浸润后，再加入下一批次。

优选的，所述机械分散采用均质分散机或高速震荡机分散处理。

进一步优选的，所述均质分散机线速度2～10m/s；更优选4～6m/s，分散处理时间为0.5h，高速振荡机频率500～700次/min，振荡时间1h。

本发明有益效果：

本发明提供石墨烯油性浆料，利用接枝有烷基链的石墨烯，在油性分散剂的作用下，分散于有机溶剂中，使石墨烯由亲水性转变为亲油性，提高了石墨烯在油性溶剂中的分散性及分散稳定性。本发明接枝改性石墨烯的接枝率高，以改性剂为十八胺为例，通过N含量的高低推断接枝率的高低，N含量可达1.5wt％；以改性剂为硅烷偶联剂KH560，通过Si含量的高低推断接枝率的高低，Si含量可达2.9wt％，以改性剂为硅烷偶联剂KH560，通过Si含量的高低推断接枝率的高低，Si含量可达2.8wt％。通过接枝改性，将石墨烯由水溶性变成油溶性，浆料的分散制备时，采用分步加料法，使改性石墨烯得到充分的分散。参见图1，可以看出，本发明中接枝改性石墨烯分散液在30天内不沉降，分散稳定性强；参见图2，石墨烯油性浆料的刮板细度照片可以看出，石墨烯分散均匀。

附图说明：

图1是本发明中改性后的石墨烯分散液稀释成不同浓度后在室温下沉降30天后的照片；

图2是本发明石墨烯油性浆料的刮板细度照片。

具体实施方式：

以下具体实施例对本发明做进一步分析说明，并不限定本发明的保护范围。

实施例1

1)氧化石墨解理同时引入烷基链

将100gPSS、10gAFCONA5000、100g十八胺溶解于9700g乙醇中，再加入氧化石墨100g，得到氧化石墨的悬浮液，再将悬浮液置于高剪切力乳化机中对氧化石墨进行机械剥离，乳化机搅拌30min，转速为10000rpm，氧化石墨在剥离解理的同时,十八胺接枝到氧化石墨的含氧基团上，形成接枝有十八胺的氧化石墨烯分散液。

2)低温原还

先对步骤1)中得到的接枝有十八胺的氧化石墨烯溶液抽滤,抽滤时间根据实际氧化石墨烯溶液的粘度而定，一般为5-10min，滤去溶剂，将氧化石墨烯洗涤干净，再于200℃热还原，得到十八胺改性的石墨烯粉体。

所得改性的石墨烯粉体为单层或多层结构的石墨烯粉末，其片径为0.2～10um，厚度为0.5～30nm，比表面积为200～1000m²/g。

3)油性石墨烯浆料的配制

将5g分散剂BYK163预先分散在85g矿物油中，在高速剪切机作用下逐步加入10g经十八胺改性的石墨烯粉体(烷基化改性的石墨烯粉体分三批次加入，依次为总量的4/10、3/10、3/10)，高速振荡分散1h(震动频率为500-700次/次)形成油性石墨烯浆料。

实施例2

1)氧化石墨解理同时引入烷基链

将SDBS 80g、AFCONA5000 20g、硅烷偶连剂100g溶解于乙醇9000g中，再加入氧化石墨33g，得到氧化石墨的悬浮液，再将悬浮液置于高剪切力乳化机中对氧化石墨进行机械剥离，乳化机搅拌0.5h，转速为10000rpm，氧化石墨在剥离解理的同时,硅烷偶连剂接枝到氧化石墨的含氧基团上，形成接枝有硅烷偶连剂的氧化石墨烯分散液。

2)低温原还

先对步骤1)中得到的改性氧化石墨烯溶液抽滤,抽滤时间根据实际氧化石墨烯溶液的粘度而定，一般为5-10min，滤去溶剂，将氧化石墨烯洗涤干净，再于180℃干燥还原，得到改性的石墨烯粉体。

所得改性的石墨烯粉体为单层或多层结构的石墨烯粉末，其片径为0.2～10um，厚度为0.5～30nm，比表面积为200～1000m²/g。

3)油性石墨烯浆料的配制

将2g分散剂BYK165预先分散在90g白油中，在高速剪切机作用下逐步加入15g硅烷偶连剂改性的石墨烯粉体(烷基化改性的石墨烯粉体分三批次加入，依次为总量的4/10、3/10、3/10)，均质分散机分散0.5h(线速度为4m/s)形成油性石墨烯浆料。

实施例3

1)氧化石墨解理同时引入烷基链

将SDS 150g、AFCONA5000 2g、硅烷偶联剂100g溶解于乙醇10kg中，再加入氧化石墨粉体142g，得到氧化石墨的悬浮液，再将悬浮液置于高剪切力乳化机中对氧化石墨进行机械剥离，乳化机搅拌0.5h，转速为10000rpm，氧化石墨在剥离解理的同时,硅烷偶联剂接枝到氧化石墨的含氧基团上，形成接枝有硅烷链的氧化石墨烯分散液。

2)低温原还

先对步骤1)中得到的接枝有硅烷偶联剂的氧化石墨烯溶液抽滤,抽滤时间根据实际氧化石墨烯溶液的粘度而定，一般为5-10min，滤去溶剂，将氧化石墨烯洗涤干净，再于150℃干燥还原，得到硅烷偶联剂改性的石墨烯粉体。

所得改性的石墨烯粉体为单层或多层结构的石墨烯粉末，其片径为0.2～10um，厚度为0.5～30nm，比表面积为200～1000m²/g。

3)油性石墨烯浆料的配制

将7g分散剂AFC0NA4000预先分散在80g石蜡油中，在高速剪切机作用下逐步加入5g经硅烷偶联剂改性的石墨烯粉体(烷基化改性的石墨烯粉体分三批次加入，依次为总量的4/10、3/10、3/10)，高速振荡分散1h(震动频率为500-700次/次)形成油性石墨烯浆料。

实施例4

1)氧化石墨解理同时引入烷基链

将AFCONA 120g、AFCONA5000 10g、硅烷偶联剂100g溶解于乙醇9700g中，再加入氧化石墨粉体100g，得到氧化石墨的悬浮液，再将悬浮液置于高剪切力乳化机中对氧化石墨进行机械剥离，乳化机搅拌0.5h，转速为10000rpm，氧化石墨在剥离解理的同时,硅烷偶联剂接枝到氧化石墨的含氧基团上，形成接枝有硅烷链的氧化石墨烯分散液。

2)低温原还

先对步骤1)中得到的接枝有硅烷偶联剂的氧化石墨烯溶液抽滤,抽滤时间根据实际氧化石墨烯溶液的粘度而定，一般为5-10min，滤去溶剂，将氧化石墨烯洗涤干净，再于250℃干燥还原，得到硅烷偶联剂改性的石墨烯粉体。

所得改性的石墨烯粉体为单层或多层结构的石墨烯粉末，其片径为0.2～10um，厚度为0.5～30nm，比表面积为200～1000m²/g。

3)油性石墨烯浆料的配制

将6分散剂BYK165预先分散在十氢化荼中，在高速剪切机作用下逐步加入5经硅烷偶联剂改性的石墨烯粉体(烷基化改性的石墨烯粉体分三批次加入，依次为总量的4/10、3/10、3/10)，高速振荡分散1h(震动频率为500-700次/次)形成油性石墨烯浆料。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。