[发明专利]一种高效将石墨烯分散于聚合物的方法

说明书

本发明提出一种高效将石墨烯分散于聚合物的方法。首先将较多量的石墨烯与聚合物直接混炼，将石墨烯预分散于聚合物中，然后在双向拉伸机上形成拉伸为薄片（以最大拉伸比拉伸），在拉伸过程中将石墨烯拉伸分散，如此反复拉伸3‑5次，使石墨烯重叠、团聚点被强制分散与聚合物中，揉团后挤出造粒得到分散石墨烯的聚合物粒料。该粒料通常作为母料用于聚合物中。该方法简单高效，适合于在现有成熟设备上规模化制备高分散石墨烯聚合物。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备技术领域，特别涉及一种高效将石墨烯分散于聚合物的方法。

背景技术

随着纳米技术的发展，聚合物与纳米材料的复合成为材料增强改性研究领域的一大热点。通过物理和机械方法在高分子聚合物中加入纳米材料，以达到使材料成本下降，成型加工性能或最终使用性能得到改善，或使材料尽在表面以及电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能等效果。

石墨烯是由一层碳原子组成的平面碳纳米材料，是目前已知最薄的二维材料，其厚度仅为0.335nm，它由六方的晶格组成。石墨烯是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm 2 /V·s，又比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约10-6Ω·cm，比铜或银更低，为世上电阻率最小的材料。因其电阻率极低，电子迁移的速度极快，因此被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。然而在实际应用中，石墨烯还存在着诸多的问题和制约因素，石墨烯极易团聚就是制约石墨烯研究和应用的一个主要障碍。

由于石墨烯相互间存在较强的范德华作用力使其不能稳定的以单层形式存在，石墨烯一旦团聚堆叠，其各类性能会出现急剧下降，且一旦发生层堆叠则石墨烯层与层之间难以打开，需要重新剥离。目前较多的研究是通过分散剂来提高石墨烯的分散性，但由于石墨烯不同于普通的无机粉体，常规的分散剂和分散手段难以达到分散效果。

中国发明专利申请号201410042709.8公开了一种石墨烯改性聚丙烯母粒及其制备方法，该发明先将聚丙烯粒子经过带有静电的石墨烯干粉喷涂改性，然后将改性后的聚丙烯粒子与添加剂组分混匀后送入双螺杆挤出机进行熔融混炼，最后经过模头挤出造粒。该发明中通过对石墨烯干粉直接进行静电处理提高石墨烯分散性，但采用石墨烯为原料，增加了原料成本，再者，随着静电电荷转移消耗，石墨烯覆盖聚丙烯粒子均匀性降低，导致了后期石墨烯在母粒中的分布不均匀，成品率低。

中国发明专利申请号201510035628.X公开了一种树脂/石墨烯导电塑料母粒及其制备方法和用途，该发明将水、所述树脂/石墨导电母粒、物理发泡剂、隔离剂一同在高压釜中加热后快速低压放出，使得到爆破剥离法制备的树脂/石墨烯导电塑料发泡母粒。该方法采用石墨为原料，解决了石墨烯不易分散的问题，同时利用超临界物理发泡剂的溶解能力，当其渗入石墨片层在突然释压情况下膨胀而剥离石墨片层。但是爆破的强度不易掌握，获得的石墨烯质量难以保证，并且操作过程存在安全隐患。

中国发明专利申请号201710070649.4公开了一种石墨烯/PVC复合材料用母料的制备方法及母料，石墨烯加入溶剂，并进行分散，得到第一混合液；PVC加入溶剂，使PVC溶解，得到第二混合液；前两步的混合液混合后进行干燥制得母料。本发明解决了石墨烯在PVC中分散的问题，制备的母料能以任何比例与PVC进行复合、混炼，能拓展PVC材料的应用领域。但是本发明直接使用石墨烯材料由于石墨烯的表面浸润性问题，导致石墨烯在聚合物中的分散性差，降低石墨烯复合材料的性能。

由此可知，为提高石墨烯在聚合物生产加工使用过程中的分散性，有必要提出一种能有效解决石墨烯易团聚的问题，提高石墨烯在母料中的均匀分散性的制备方案，进一步能够更好地提高石墨烯聚合物的性能。

发明内容

针对现有技术中使用混炼机仍然存在的石墨烯部分团聚的问题，本发明提出一种高效将石墨烯分散于聚合物的方法。