[发明专利]一种石墨烯水性分散液的制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯水性分散液的制备方法，属于纳米新材料技术领域，能够提高石墨烯在水性溶液中的分散性和稳定性。所述制备方法，包括：将石墨烯分散于N‑乙烯基吡咯烷酮单体中，搅拌使其均匀分散，得到石墨烯‑N‑乙烯基吡咯烷酮分散液；将所述分散液加入到水中，搅拌使其分散，得到石墨烯‑N‑乙烯基吡咯烷酮‑水分散液；在搅拌过程中，在所述石墨烯‑N‑乙烯基吡咯烷酮‑水分散液中加入引发剂、交联剂，升温使其发生聚合反应，冷却后得到石墨烯水性分散液。本发明所制备得到的石墨烯水性分散液可用于防腐涂料。

技术领域

本发明涉及纳米新材料技术领域，尤其涉及石墨烯纳米材料的分散和应用技术领域。

背景技术

随着海洋经济的迅猛发展，海洋防腐越来越得到人们的重视，海洋防腐涂料的开发应用更是得到国内外研究者的关注。目前市场上采用的防腐涂料普遍存在防腐期限较短的问题，如何进一步提高其长效性以及防腐性成为众多科研工作者关注的目标。金属在海洋中的腐蚀不仅与金属有关，也与海水的环境因素密切相关。与其它类型的腐蚀相比，海洋腐蚀中海水和盐雾腐蚀特征明显。水、离子、氧气是其中的三个重要因素。相比之下，离子透过有机漆膜的速度比水和氧气慢得多，因此，如何阻断氧气和水与金属接触的通路，成为海洋防腐的关键控制要素。尽管目前重防腐涂料仍以溶剂型涂料为主，但发展方向朝着绿色环保、长寿命、厚膜化、低表面处理、易施工的方向发展，水性环保涂料将成为海洋防腐的必然趋势(参见张超智等《腐蚀科学与防护技术》，2016，28：269)。

石墨烯具有优异的屏蔽性能，能隔绝氧气、水等腐蚀因子到达金属基体表面，被认为是已知的最薄的金属防护涂层。当引入涂料体系中时，具有片层结构的石墨烯层层叠加形成致密的隔绝层，增加了水、氧等到达基材的路程，抑制了水对膜材料的浸润和渗透，起到物理防腐的作用；同时石墨烯的导电性能将Fe生成的电子迅速传导到表面，从而阻止Fe³⁺生成而发生腐蚀。另外，石墨烯的引入还可以提高树脂基体的耐热性和机械性能。因此石墨烯在涂料领域尤其是防腐涂料领域具有广阔的应用空间。但目前存在的主要问题是石墨烯的高比表面积、强的范德华力和π-π共轭结构导致其与水、有机溶剂、聚合物的相容性较差，分散困难，难以充分发挥树脂和石墨烯各自的优势，而且，石墨烯的团聚还会造成材料的内部孔隙和应力集中点，成为涂层受攻击和破坏的起始点。因此，要想制备石墨烯掺杂的高性能有机涂层就必需首先克服石墨烯的团聚，提高其在树脂或溶剂(水或有机溶剂)中的分散性(参见顾林等，《化学进展》，2016，28：737)。

目前石墨烯的主要分散方法包括利用没食子酸、1-萘甲酸、N-甲基吡咯烷烔等含有共轭基团的分子与石墨烯间的π-π作用相结合，并利用这些分子之间的静电斥力或与树脂基体的结合提高石墨烯的分散性(参见Cao Lijun等《材料化学A》2013，1：5081；谢军樑等《功能材料》，2014，45：12108)。这在一定程度上提高了石墨烯的分散性。但我们知道，π-π作用是一种非共价键力，相对较弱，使得石墨烯的分散稳定性受到限制，在存放或受到外力作用(例如离心力)时可能会重新聚集。因此如何提高石墨烯的分散稳定性以及进一步提升掺杂防腐涂料的性能，具有重要的现实意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯水性分散液的制备方法，能够提高石墨烯在水性介质中的分散性和稳定性。

本发明提供了一种石墨烯水性分散液的制备方法，包括：

将石墨烯分散于N-乙烯基吡咯烷酮单体中，搅拌使其均匀分散，得到石墨烯-N-乙烯基吡咯烷酮分散液；

将所述分散液加入到水中，搅拌使其分散，得到石墨烯-N-乙烯基吡咯烷酮-水分散液；

在搅拌过程中，在所述石墨烯-N-乙烯基吡咯烷酮-水分散液中加入引发剂、交联剂，升温使其发生聚合反应，冷却后得到石墨烯水性分散液。

优选的，所述石墨烯-N-乙烯基吡咯烷酮分散液中石墨烯的质量浓度在1％～30％之间。