[发明专利]一种石墨烯聚合物水分散体的制备方法

说明书

本发明在利用超临界法制的石墨烯的过程中，利用带双键的活性单体作为共插层剂，得到了分散稳定的石墨烯水分散浆体，再利用该分散浆体中的活性单体的双键与其它带双键的物质完成原位反应并中和，形成聚合物包覆的石墨烯水分散体，该分散体可直接添加进其它任何水性防腐蚀涂料中，可显著提高防腐涂料的防护性能。

技术领域

本发明属于高分子物质合成领域，具体涉及一种石墨烯聚合物水分散体及其制备方法，以及该水分散体的用途。

背景技术

石墨烯作为惰性的层状材料，在空气中具有极好的耐环境腐蚀性与对水与氧化性介质的良好的阻隔性能，加上极好的对导电粒子的传输性能而在防腐涂层材料中备受青睐。然而由于石墨烯本身径横比极大，在高分子材料中的均匀分散一直都是问题，磺酸化、石墨烯转化为氧化石墨烯等措施皆是提高石墨烯在高分子中的相容性而采取的相应手段之一，如专利CN105255479A即将石墨烯制备成氧化石墨烯水分散体。然而这些在石墨烯制备后续阶段能采取的措施除了强化石墨烯在涂层材料之间的键合力之外，相应的对石墨烯的电子传导性、石墨烯的结构会造成一定程度的改变，也相应的减弱了石墨烯作为优异防护材料的部分性能。

为了解决石墨烯在聚合物中的良好分散状态，石墨烯的预分散显得非常迫切(很多防腐蚀水性树脂是水乳型的，本身不适合研磨)，现有的石墨烯分散几乎都采用将石墨烯与分散润湿剂一起共研磨，这样不仅分散成本很高，而且分散稳定性、分散程度都不理想，以至于石墨烯的防护性能很难完美体现。

本发明采用通过活性单体在石墨烯表面原位聚合的方式得到在涂料中极易分散的石墨烯聚合物水分散体。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有技术的不足，提供石墨烯聚合物水分散体及其制备方法，以及该水分散体的用途，通过活性单体在石墨烯表面原位聚合的方式得到在涂料中极易分散的石墨烯聚合物水分散体。

本发明提供一种石墨烯聚合物水分散体的制备方法，具体制备过程如下：

称取一定量的石墨粉末，使分散于丙烯酸的混合单体与亲水性助溶剂的混合物中，通CO₂保护超声分散1～3小时，然后泵入带搅拌的超临界反应釜中，按实验条件注入CO₂，待压力达到指定范围后，加热并启动搅拌，数小时后释放CO₂，并超过分散，再转入离心分离阶段，去除未剥离成功的石墨沉淀物，将上层清液取出，注入反应釜，加亲水性溶剂，启动反应釜搅拌，升温至100-130℃滴加活性单体与引发剂的混合液，进行原位接枝反应，滴加结束后，保温3～5小时，冷却加有机胺中和，即得到本发明所述的石墨烯水分散体。

具体的，以10份石墨粉末，加入50-100份丙烯酸的混合单体，50-100份亲水性助溶剂。

实现上述发明内容：

1.所述插层剂为丙烯酸单体，单体可以是亲水性单体，如(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酰胺中的一种或几种的混合物，以及相对于亲水性单体10～30％的其它乙烯基单体，如丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯等，亲水性助溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮、丙二醇甲醚(乙醚、丁醚)等。

2.超临界剥离反应条件如下：

压力：10～20MPa

湿度：30～80℃

时间：10-24h

搅拌速度：300-100rpm

3.超临界反应结束后，原位接枝反应的滴加的活性单体，以极性较大的不饱和单体为主，如丙烯酸甲酯(乙烯)、偏氯乙烯及其低聚物、(甲基)丙烯酸等，引发剂可以是偶氮类化合物、过氧化物等其中的一种或几种复合完成。

4.中和的有机胺为三乙胺、二乙胺，N.N一二甲基酸胺、AMP-95等亲水性良好的小分子胺，反应结束时的中和度为80～110％。