[发明专利]一种石墨烯水性稳定分散液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于石墨粉的技术领域，具体为一种石墨烯水性稳定分散液的制 备方法。

背景技术

石墨烯，它是碳原子以sp²杂化连接的单原子厚度的二维原子晶体，由 一层密集的、包裹在蜂巢晶体点阵上的碳原子组成，是世界上最薄的二维 材料,其厚度仅为0.35nm。这种特殊结构蕴含了丰富而新奇的物理现象， 使石墨烯表现出许多优异性质。超高比表面积(理论上单层石墨烯的比表 面积可达2630m²/g)，超凡的电学特性和电子传输能力，不可预测的弯曲 特性和不可渗透性，力学性能(石墨烯的强度是已测试材料中最高的，达 130GPa，是钢的100多倍)、热力学性能、电导率都异于传统材料，是一 种新型材料并迅速成为材料领域的后起之秀，在许多科学领域产生深远的 影响。

像碳纳米管和许多其他纳米材料一样，由于石墨烯层间的范德华力，使 得单层石墨烯会重新团聚为石墨，因此石墨烯团聚是应用过程的一个棘手 问题。目前，通过化学方法和热膨胀-还原法来解决石墨烯团聚的问题，在 石墨烯片表面吸附一些其他分子和聚合物，利用自身斥力来达到分散的效 果。

已发表的专利，例如：专利号为CN201510261567的“一种氧化石墨烯 的改性方法”提出用减水剂改性氧化石墨烯，虽然验证了减水剂对氧化石 墨烯有改性作用，但是氧化石墨烯表面含有大量羟基(－OH)、羧基(－ COOH)、环氧基(—O－)等亲水性官能团，促进氧化石墨烯的分散。专 利号为CN104692374A的“一种高浓度石墨烯分散液的制备方法”和专利 号为CN104495826A的“单层石墨烯分散液及其制备方法”均用浓酸等强 氧化剂对石墨烯进行氧化，破坏了石墨烯原有的结构，使其物理化学性能 有一定的损失，且制备过程中产生大量废液，对环境极不友好。本发明为 “一种石墨烯水性稳定分散液的制备方法”，由于石墨烯表面仅含有极少 量羟基(－OH)、羧基(－COOH)、环氧基(—O－)等亲水官能团， 分散难度更大，但是分散工艺简单易行，加工时间短，且时间稳定性高， 对于商业化石墨烯来说更具有应用前景，也更加经济。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯水性稳定分散液的制备方法，以解决 现有技术中存在的采用浓酸及其他强氧化剂对石墨烯进行预处理，造成对 石墨烯的物理化学性能造成损失，产生对环境有任何污染的废弃物的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种石墨烯水性稳定分散液的制备方法，步骤如下：

(1)将分散剂加入水中，磁力搅拌2-3min直至分散均匀，其中，分散剂与 水的质量体积比为0.5-5：10-100g/mL；

(2)将石墨烯加入到配制好的分散液中，其中，石墨烯与步骤(1)中的 水的质量体积比为0.1：10-100g/mL，然后磁力搅拌2-3min，超声分散1-10h， 得到高分散性的稳定石墨烯水性分散液。

所述步骤(1)中，在分散剂加入水中之前，先将聚羧酸减水剂加入水 中，磁力搅拌1-2min，其中，聚羧酸减水剂与水的质量体积比为0.1-1： 10-100g/mL；随后再进行加入分散剂的步骤。

所述聚羧酸减水剂为德国西卡聚羧酸减水剂，固含量为40％。

所述分散剂为γ-二乙烯三氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨 丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-二乙烯三氨 基丙基三甲基硅烷、3-氨丙基三羟基硅烷、3-脲丙基三甲氧基硅烷、3-脲丙 基三乙氧基硅烷中的一种或多种。

所述石墨烯为多层石墨烯，层数不超过9层，厚度不超过5nm。

所述超声分散所用的仪器为超声波清洗机，功率为20-80KHz。

采用上述方法制备的石墨烯水性分散液的浓度为1～10mg/L。