[发明专利]一种石墨烯水性浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯材料领域，尤其涉及一种石墨烯水性浆料及其制备方法。

背景技术

石墨烯作是一种新型的碳纳米材料，其作为目前世界上最薄(单原子厚度)的纳米材料，蕴含了丰富而奇特的物化性能，如巨大的比表面积(2,630m²·g^-1)，较高的杨氏模量(-1.0TPa)，较高的内在电子迁移率(200,000cm²·v^-1·s^-1)、导热性(5,000W·m^-1·K^-1)、导电性及透明度(97.7％)。石墨烯的上述优势，使得其广泛应用于多个领域，如透明导电薄膜、传感器、聚合物复合材料、储能材料、生物医药、导热涂料、防腐涂料等。

目前，石墨烯的制备方法主要有氧化还原法、液相剥离法、机械剥离法、气相合成法。其中，机械剥离法和气相合成法可以制备无缺陷石墨烯片，但产率极低。氧化还原法和液相剥离法是目前工业生产石墨烯粉体的主要方法。然而由于石墨烯粉体具有极大的比表面积，采用普通的烘干方法易结块，造成严重的片层堆叠及团聚，导致后期应用过程中，石墨烯难以分散；冷冻干燥工艺耗能大、效率低。此外，由于蓬松的石墨烯粉末密度极低，易飞扬，在包装运输和使用过程中造成不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯水性浆料及其制备方法，旨在同时解决现有石墨烯粉体中片层容易发生团聚、导致石墨烯分散及应用困难；且石墨烯粉体密度轻、包装运输难；以及石墨烯尺寸难以控制的问题。

本发明是这样实现的，所述石墨烯水性浆料包括水性分散液及分散在所述水性分散液中的石墨烯材料，其中，所述水性分散液中含有表面活性剂。

以及，一种石墨烯水性浆料的制备方法，包括以下步骤：

以氧化石墨固体或可膨胀石墨固体为原料，进行膨胀处理，制备膨胀石墨；

将所述膨胀石墨浸泡于水性剥离液中浸润处理，获得含膨胀石墨的混合物；

将所述含膨胀石墨的混合物进行高速剪切或超声波处理，除去所述水性剥离液，得到石墨烯湿料；

将所述石墨烯湿料置于水性分散液中，进行高速剪切处理，得到石墨烯水性浆料。

本发明提供的石墨烯水性浆料，所述石墨烯材料分散在所述水性分散剂中，且所述水性分散剂中含有表面活性剂，使得所述石墨烯材料分散更加均匀，所述石墨烯材料尺寸更加可控。

本发明提供的一种石墨烯水性浆料的制备方法，将氧化石墨固体或可膨胀石墨固体进行膨胀处理后，可得到不同膨胀倍率的膨胀石墨，将所述膨胀石墨置于表面张力严格控制的水性剥离液中充分润湿后，进行高速剪切或超声波作用，所述水性剥离液的表面张力使膨胀的纳米片层得到充分的解离及分散，从而有效避免了石墨烯片层的堆积和团聚，提高了石墨烯使用时的分散性能。经所述高速剪切或超声波处理后，所述石墨烯湿料重新分散在溶剂中，在表面活性剂的作用下，经高速剪切、球磨、砂磨或超声波作用，可得到高浓度、尺寸可控的石墨烯水性浆料。本发明石墨烯水性浆料的制备方法工艺简单、环保，可实现所述石墨烯水性浆料的批量制备；且通过控制原料的含氧量及剥离分散工艺，可以控制所述石墨烯水性浆料中石墨烯的尺寸，从而解决石墨烯尺寸难控制、石墨烯粉末易团聚、密度轻、包装运输难、难分散等问题。本发明方法制备的石墨烯水性浆料，可应用于导电导热涂料、防腐涂料、电池/超级电容器等领域。

附图说明

图1是本发明实施例3提供的石墨烯水性浆料中石墨烯的扫描电镜图；

图2是本发明实施例3提供的石墨烯水性浆料中石墨烯的红外光谱图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种石墨烯水性浆料，所述石墨烯水性浆料包括水性分散液及分散在所述水性分散液中的石墨烯材料，其中，所述水性分散液中含有表面活性剂。

作为一个优选实施例，以所述石墨烯水性浆料的总质量为100％计，所述石墨烯的质量百分含量为0.1-10％。具体的，所述石墨烯的质量百分含量可为0.1％、0.2％、0.5％、0.8％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％。所述石墨烯水性浆料中石墨烯结构可为单层石墨烯或少数层石墨烯微片，但厚度均处于纳米级别。