[发明专利]一种具有微发泡分散功能的石墨烯母料及制备方法

说明书

本发明涉及石墨烯复合材料应用领域，具体涉及一种石墨烯母料，特别涉及一种具有微发泡分散功能的石墨烯母料及制备方法。通过将石墨烯依附于发泡剂，通过对石墨烯‑发泡剂分散体喷雾,利用具有高温熔融、低温冷凝属性的材料对石墨烯‑发泡剂体系进行冷凝造粒，使得到的石墨烯母料中石墨烯‑发泡剂体系分散均匀，较佳的保留了石墨烯与发泡剂稳定的依附链接。该石墨烯母料用于聚合物时，在高温混炼时发泡剂微发泡快速汽化膨胀，在膨胀过程中对与其相依附的石墨烯产生推动及拉伸，从而将石墨烯均匀分散于聚合物体中。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艺复杂的缺陷，以及利用直接共混法将石墨烯分散于聚合物易团聚的问题。

技术领域

本发明涉及石墨烯复合材料应用领域，具体涉及一种石墨烯母料，特别涉及一种具有微发泡分散功能的石墨烯母料及制备方法。

背景技术

石墨烯有着良好的导电性、导热性以及极高的强度，是人类已知强度最高的物质。石墨烯的应用范围非常广泛，特别适用于复合材料，能够赋予材料超乎想象的性能。例如高强塑料、高强橡胶、高导热聚酯等，对现有材料升级换代产生深远的影响。石墨烯复合材料可代替金属或玻璃钢而应用于新能源汽车车辆壳体及其他部件，其优点是质量轻，转运、组装更省力，并且可降低生产线上工人的劳动强度、 降低车辆燃油消耗及提高车辆载荷量。因此，石墨烯在增强以及减量化方面具有巨大的应用前景。

理论上，石墨烯粉末作为一种填料可以混入树脂中直接使用或者预先制备成高浓度母料再方便的添加于树脂中使用。然而，鉴于石墨烯为原子级别的层结构，在树脂中的增强功能是依靠石墨烯与树脂分子链的缠绕而产生。如果不能有效将原子级别的石墨烯分散于树脂中，其增强性的发挥会大幅缩减。另一方面，石墨烯在存储时，通常因纳米粒子效应而团聚，无论是直接用于树脂还是预制母料，均需要分散处理。显然，现有常规的以分散助剂为主的分散手段是难以将石墨烯有效分散的。

目前，石墨烯常规的用于增强主要是通过对石墨烯进行氧化处理，形成氧化石墨烯，氧化石墨烯表面所拥有的氧分子官能团与PE或PP聚合物链段结合，氧化石墨烯由于石墨烯特殊结构受损，对聚合物的缠绕明显下降，增强性能减弱。这对将石墨烯用于增强领域是致命的。但未经改性处理的原始石墨烯因为呈表面惰性，难以与大多数高分子聚合物基体进行有效分散复合，其分散性和与聚合物基体的相互缠绕作用是获得高性能复合材料的两个关键因素。真是基于这一缺陷，制约了石墨烯优异的材料性能难以发挥，阻碍了石墨烯材料在复合材料产业化应用的进程。

为了获得石墨烯良好的分散，本领域技术人员就石墨烯的分散条件进行了深入的研究。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、溶液混合法使用单体，且反应工艺复杂，需要专用设备，难以大规模推广应用。直接共混法是一种较为简便的方法，但难以解决石墨烯分散团聚的问题。

据文献报告，大量研究通过添加不同类型的分散剂或者改性的方式来提高石墨烯的分散效果，但是石墨烯在水或其他液体溶液中难以保证均匀分散；而采用添加分散剂的方式提高石墨烯的分散程度，虽然是当前解决分散问题的主要方法，但该方式容易引入其他杂质，对后续结果产生影响。如果依靠对石墨烯进行过度的改性增加分散性，则会造成石墨烯缺陷，影响增强效果。

因此，如何找到一种能够均匀分散石墨烯的方法，解决石墨烯易团聚的问题，已成为石墨烯应用领域亟待解决的重要问题。

发明内容

针对现有石墨烯采用原位聚合法、溶液混合法分散于聚合物中工艺复杂的缺陷，以及利用直接共混法将石墨烯分散于聚合物易团聚的问题。本发明提出一种具有微发泡分散功能的石墨烯母料，该石墨烯母料是将石墨烯与发泡剂在低温条件下研磨分散，使石墨烯均匀分散于发泡剂，利用具有高温熔融、低温冷凝属性的材料对石墨烯-发泡剂体系进行冷凝造粒，得到的一种石墨烯母料。其显著的优势是该石墨烯母料用于聚合物，在高温混炼时发泡剂微发泡快速汽化膨胀，在膨胀过程中对与其相附的石墨烯产生推动及拉伸，从而将石墨烯均匀分散于聚合物体中。相较于石墨烯直接分散于聚合物中，本发明石墨烯母料的分散性能大幅提升。