[发明专利]石墨烯分散液及其制法、供制备聚氨酯复合材的组合物及聚氨酯复合材

说明书

本发明提供一种石墨烯分散液及其制法、供制备聚氨酯复合材的组合物及聚氨酯复合材，所述石墨烯分散液包含石墨烯及多元醇。该多元醇是选自于式I所示的芳香族多元醇或疏水改质多元醇，该疏水改质多元醇是由环氧植物油与该式I所示芳香族多元醇进行开环反应所制得。本发明石墨烯分散液具有良好的分散稳定性，可用于制备聚氨酯复合材，还能满足后续其他各项应用需求。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯分散液、其制法及其应用，特别涉及一种具有良好分散稳定性的石墨烯分散液、其制法、及其于聚氨酯复合材的应用。

背景技术

石墨烯因具有相当高的载流子迁移率、硬度、热传导及电流承载能力等性质，目前已被广泛应用于生医、电子及光电元件等领域中。

已知石墨烯的制备方法大致分为物理方式(如机械剥离、超声波震荡等)和化学方式(如化学气相沉积、氧化-还原等)。中国台湾专利公告TW I655154也提出了一种步骤繁复的石墨烯材料的制备方法，需要两次氧化步骤、三次加热步骤、分离、干燥及还原等步骤，且两次氧化步骤还需分别搭配不同的氧化剂。美国专利公告US7658901也提出了一种对天然石墨进行氧化处理，以获得氧化石墨或氧化石墨烯，然后借由高温加热形成热脱层氧化石墨(thermally exfoliated graphite oxide)的方法，在高温加热过程中，一部分的氧化石墨会被还原为石墨烯。前述的高温加热过程需要在高达1050℃的温度下进行，相当耗能且需要昂贵的设备才能进行。

又，为了避免石墨烯因π-π共轭作用和范德华力(van der waals force)吸附作用而发生团聚情形，更基于后续应用的考量，石墨烯因而大多被制备为分散液形式。

中国台湾专利公告TW I636954提供一种石墨烯分散液的制备方法，包含对石墨烯粉体及处理溶剂进行均匀化制程，以形成石墨烯糊料；之后再对石墨烯糊料进行薄层化制程，以形成石墨烯分散液。虽然此专利公告的制备方法能提高固含量及石墨烯分散性，但在均匀化过程中需要使用大量溶剂(如二甲苯、异丙醇、醋酸丁酯、N-甲基吡咯烷酮等)，将不利于后续应用，也会造成环境污染。文献Nature Nanotechnology,volume 3,101-105(2008)则以联氨水合物(hydrazine hydrate)做为还原剂来还原氧化石墨，因而获得稳定分散在水中的石墨烯，但在这个方法中，限制使用水作为溶剂，并在制程中需额外添加氨水，应用上较受限。

除了利用溶剂外，还有使用分散剂制备石墨烯分散液的相关专利，如中国台湾专利公告TW I602611。此专利公告提供一种用于分散石墨烯的分散剂，包括苯胺低聚物或苯胺低聚物衍生物；其石墨烯的分散方法是将石墨烯及分散石墨烯的分散剂加入分散介质中，以使石墨烯与分散剂之间形成π-π键。该分散介质包括水、有机溶剂(包括乙醇、丙酮、异丙醇、丁醇、乙酸乙酯、甲苯、氯仿等)、高分子聚合物中的任意一种或两种以上的组合。此专利公告仍须使用水或有机溶剂等分散介质，也可能导致不利于后续应用及环境污染等问题。

还有一种方式是将石墨烯进行表面处理，使石墨烯本身具有较佳的分散特性。例如日本专利公开案JP 2015520109A使用具有邻苯二酚基(catechol group)的化合物作为提高石墨烯分散性的表面处理剂，但邻苯二酚基的电化学性质不稳定，因此经具有邻苯二酚基的化合物表面处理过的石墨烯粉末存在耐氧化性较差的问题。又，例如美国专利公开案US 20190322789A1使用石墨烯纳米片(graphene nano platelets)与异氰酸酯组分及多元醇组分进行反应，以得到聚氨酯。上述的石墨烯纳米片可为氧化形式的石墨烯[也就是经含氧基团官能化的石墨烯(graphene functionalized with oxygen-containinggroups)]、或可增加分散性的经胺类取代的石墨烯。

另外，美国专利公开案US 2019051903A则是将氧化石墨烯与带有苯基表面处理剂混合后，对氧化石墨烯进行还原处理；但因最终需去除水分散液中的溶剂，而必须使用冷冻干燥等特殊干燥方式，也导致整体制程相当繁琐，且去除的溶剂仍会造成环境污染。