CN105566850B - 一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法 - Google Patents
一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105566850B CN105566850B CN201410617460.9A CN201410617460A CN105566850B CN 105566850 B CN105566850 B CN 105566850B CN 201410617460 A CN201410617460 A CN 201410617460A CN 105566850 B CN105566850 B CN 105566850B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nano
- resin
- sized carbon
- carbon
- liquid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 181
- 229920005989 resin Polymers 0.000 title claims abstract description 103
- 239000011347 resin Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 92
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 85
- 239000004594 Masterbatch (MB) Substances 0.000 title claims abstract description 51
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 83
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 claims abstract description 30
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 claims abstract description 29
- 230000001476 alcoholic effect Effects 0.000 claims abstract description 28
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 19
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- LLYXJBROWQDVMI-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-4-nitrotoluene Chemical compound CC1=CC=C([N+]([O-])=O)C=C1Cl LLYXJBROWQDVMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920000180 alkyd Polymers 0.000 claims abstract description 10
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 claims abstract description 8
- 229920006387 Vinylite Polymers 0.000 claims abstract description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 62
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 56
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 52
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 35
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 20
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 9
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N hexan-1-ol Chemical compound CCCCCCO ZSIAUFGUXNUGDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 6
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 6
- LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N haloperidol Chemical compound C1CC(O)(C=2C=CC(Cl)=CC=2)CCN1CCCC(=O)C1=CC=C(F)C=C1 LNEPOXFFQSENCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000003672 processing method Methods 0.000 claims description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims description 3
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 claims description 2
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 claims description 2
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 claims description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 abstract description 22
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 abstract description 10
- 229920003180 amino resin Polymers 0.000 abstract description 7
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 5
- 229920013657 polymer matrix composite Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000011160 polymer matrix composite Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003019 stabilising effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 32
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 23
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 20
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 19
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 19
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 description 13
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 13
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 5
- AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N N-Pentanol Chemical compound CCCCCO AMQJEAYHLZJPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 4
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 4
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 4
- -1 tert-butyl alcohols Chemical class 0.000 description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000000805 composite resin Substances 0.000 description 3
- 238000005325 percolation Methods 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 2
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- PHTQWCKDNZKARW-UHFFFAOYSA-N isoamylol Chemical compound CC(C)CCO PHTQWCKDNZKARW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 239000012452 mother liquor Substances 0.000 description 2
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 2
- 239000002109 single walled nanotube Substances 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N Acrylic acid Chemical compound OC(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004931 aggregating effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000000481 breast Anatomy 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical group 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 125000000816 ethylene group Chemical class [H]C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 238000009775 high-speed stirring Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N isobutanol Chemical class CC(C)CO ZXEKIIBDNHEJCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 description 1
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 description 1
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明涉及复合材料领域，具体为一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法，作为石墨烯、碳纳米管和纳米碳纤维等纳米碳材料在环氧树脂、氨基树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂以及丙烯酸树脂等液态树脂预聚体中的高效快速分散方法，解决纳米碳材料的微观团聚和难以在树脂中有效分散等问题。将纳米碳粉体在醇溶剂中分散均匀，之后将分散液与树脂预聚体混合搅拌至溶液分层，去除上层溶液并烘干后即得到纳米碳在树脂预聚体中的稳定分散体，当分散体中的纳米碳材料含量在5wt％以上时，称其为纳米碳/液态树脂母料。采用本发明可实现石墨烯、碳纳米管和纳米碳纤维在高粘度树脂中的高浓度均匀分散，从而制备出高性能的纳米碳聚合物基复合材料。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料领域，具体为一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法。
背景技术
纳米碳材料，主要包括石墨烯、碳纳米管和纳米碳纤维，是由sp2杂化的碳原子构成的准二维和一维碳纳米晶体材料，它们具有优异的光学、电学、热学和力学性质。这些性质使得纳米碳材料可以作为一种功能型填料加入到聚合物树脂材料中构成复合材料，使其获得新的性能，如：高导电、导热以及增强力学性能等。但是，这类材料同时也具有大比表面积和大长径比(片径/厚度比)的结构特点，同时由于其纳米尺度，使其在自由状态下会自发团聚以降低表面能。因此，将纳米碳材料直接加入液态树脂中进行传统分散处理，如：搅拌、剪切分散或超声分散等，所得到的分散状态通常都是以团聚颗粒为最小单元的，这也是造成现有纳米碳复合材料性能低于预期的主要因素。因此，纳米碳/高分子复合材料的性能依赖于纳米碳在树脂基体中的有效分散。所谓有效分散是指纳米碳在树脂基体中呈现独立片状或线状的均匀分布，微观上石墨烯片层、碳纳米管或纳米碳纤维之间无明显团聚的状态，这种分散状态可以赋予复合材料低的渗流阈值和高的电导率以及热导率。
为了获得好的分散效果，通常的做法是将纳米碳粉体加入液态树脂中，利用搅拌形成的剪切力使其由团聚态变为分散态。然而，这种处理方法难以获得微观上的均匀分散；并且随着分散程度的提高，复合树脂的粘度会急剧增大，这种情况下通常需要捏合机或混炼机等高剪切设备进行处理；或者加入具有溶解树脂能力的溶剂，如：二甲苯等，对树脂进行稀释以降低粘度。但是，这两种处理方法对于石墨烯的微观团聚状态的改善效果都不明显，难以实现石墨烯在树脂中的有效分散。
发明内容
本发明的目的在于提供一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法，解决现有技术中纳米碳在液态树脂中的微观团聚以及难以在树脂中的有效分散等问题，实现在液态树脂中对高质量石墨烯、碳纳米管和纳米碳纤维进行高浓度的有效分散。
本发明的技术方案是：
一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法，具体过程如下：
将干燥的纳米碳粉体加入到醇溶剂中搅拌使其完全浸润，利用超声、高速搅拌或剪切分散处理使其形成纳米碳/醇悬浊液；将纳米碳/醇悬浊液加入液态树脂中搅拌至醇溶液与树脂分层，其中上层为乳白色至灰白色低粘度醇溶液，下层为黑色高粘度物料；将上层醇溶液与下层物料分离后，收集下层物料；对收集的物料进行加热抽真空干燥后，即得到均匀分散有纳米碳的复合树脂浆料，收集的上层醇溶液利用蒸馏的方法提纯后重复使用。
所述的纳米碳/液态树脂母料的制备方法，搅拌至醇溶液与树脂分层是指，搅拌处理完成后，将混合液体静置5～20分钟，即出现分层。
所述的纳米碳/液态树脂母料的制备方法，所用的醇溶剂是指碳原子数在7以下的液态醇溶剂，包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇及其异构体、戊醇及其异构体、己醇及其异构体中的一种或两种以上的混合物。
所述的纳米碳/液态树脂母料的制备方法，纳米碳粉体与醇溶剂的质量比为1:100～1:10。
所述的纳米碳/液态树脂母料的制备方法，制备纳米碳/醇悬浊液的超声、高速搅拌或剪切分散处理所需的时间为5分钟～2小时。
所述的纳米碳/液态树脂母料的制备方法，纳米碳材料包括石墨烯、碳纳米管或纳米碳纤维；液态树脂包括各种液态环氧树脂、氨基树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂或丙烯酸树脂。
所述的纳米碳/液态树脂母料的制备方法，纳米碳/醇悬浊液与液态树脂混合的质量比为1:10～100:1。
所述的纳米碳/液态树脂母料的制备方法，将纳米碳/醇悬浊液加入液态树脂中后采用机械搅拌进行混料，搅拌速度为10转/分钟～1000转/分钟，搅拌时间为10分钟～10小时。
所述的纳米碳/液态树脂母料的制备方法，对收集的下层物料进行加热抽真空干燥的温度范围为40～150℃，时间为30分钟～24小时，保持真空度低于1kPa。
所述的纳米碳/液态树脂母料的制备方法，纳米碳/液态树脂母料复合材料中，石墨烯含量为5wt％以上。
本发明的原理如下：
本发明采用的液态树脂主要指不含溶剂的环氧树脂、氨基树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂以及丙烯酸树脂等的液态预聚体，纳米碳/液态树脂母料指的是纳米碳含量在5wt％及以上的复合树脂浆料，纳米碳在其中均匀分散，并可以被稀释成低浓度的复合树脂，且稀释后纳米碳的分散状态不变。纳米碳材料可以在低级醇溶剂中实现暂态的分散，同时低级醇溶剂也是液态树脂的不良溶剂，树脂在其中的溶解度很低。但是树脂在醇中微量的溶解使其可以与纳米碳形成良好的结合，使纳米碳与树脂之间的相互作用力逐渐增强。宏观上表现为纳米碳逐渐从醇溶液中转移到树脂中，并形成均匀分散。在纳米碳完全由醇中转移到树脂中之后，静置条件下醇溶液就会与树脂分层。由于醇溶液与树脂之间的结合力很弱，可以通过热蒸发的处理方法，使其与树脂完全分离。
本发明的优点及有益效果如下：
1、采用本发明方法，可实现在纳米碳在液态树脂中的高浓度有效分散；复合浆料中，纳米碳的最高可分散浓度可达30wt％。
2、采用本发明方法，混料过程中浆料的最高粘度不超过5000mPa·s，因此可以使用普通机械搅拌进行混料，设备要求低。
3、采用本发明方法，混料过程中无需添加分散剂，且最终浆料中只包含纳米碳和树脂，因此可以得到高纯度的纳米碳分散浆料。
4、采用本发明方法，得到的高浓度纳米碳分散浆料可以用同种的液态树脂进行稀释，得到低浓度的纳米碳分散浆料，且纳米碳在浆料中的分散状态不变。
附图说明
图1为实施例1中石墨烯粉体加入到环氧树脂(E-44)中石墨烯/乙醇分散悬浊液与液态环氧树脂混合搅拌均匀后分层的实验现象。
图2为实施例1中将石墨烯/环氧母料稀释至浓度为0.01wt％时的形貌。
图3为实施例1中利用石墨烯/环氧母料稀释至浓度为1wt％并固化成膜后的截面扫面电镜形貌，放大倍数分别为：700×、1300×、2500×、10000×。
图4为实施例1中利用石墨烯/环氧母料稀释至浓度为1wt％并固化成膜后(a)截面光学显微镜形貌和(b)拉曼光谱面扫描成像。
图5为实施例1中利用石墨烯/环氧母料稀释至不同浓度并固化成膜后的表面电阻随石墨烯含量不同而产生的变化。
具体实施方式
在具体实施方式中，本发明在液态树脂中高效分散高质量纳米碳获得纳米碳/液态树脂母料的方法，具体过程如下：
将干燥的纳米碳粉体加入到醇溶剂中搅拌使其完全浸润，利用超声、高速搅拌或剪切分散处理使其形成纳米碳/醇悬浊液；将纳米碳/醇悬浊液加入液态树脂中搅拌至醇溶液与树脂分层(搅拌处理完成后，将混合液体静置5～20分钟，即出现分层)，其中上层为乳白色至灰白色低粘度醇溶液，下层为黑色高粘度物料；将上层醇溶液与下层物料分离后，收集下层物料；对收集的物料进行加热抽真空干燥后，即得到均匀分散有纳米碳的复合树脂浆料，收集的上层醇溶液可利用蒸馏的方法提纯后重复使用。其中，纳米碳复合树脂浆料中，纳米碳材料的含量为5wt％以上(优选为8～10wt％)。
其中，所用的醇溶剂指碳原子数在7以下的液态醇溶剂，包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇及其异构体、戊醇及其异构体、己醇及其异构体等中的一种或两种以上的混合物。纳米碳粉体与醇溶剂的质量比为1:100～1:10(优选为1:50～1:30)，制备纳米碳/醇悬浊液的超声、高速搅拌或剪切分散处理所需的时间为5分钟～2小时(60分钟～90分钟)。液态树脂包括各种液态环氧树脂、氨基树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂以及丙烯酸树脂等，纳米碳/醇悬浊液与液态树脂混合的质量比为1:10～100:1(优选为10:1～30:1)。将纳米碳/醇悬浊液加入液态树脂中后采用机械搅拌进行混料，搅拌速度为10转/分钟～1000转/分钟，搅拌时间为10分钟～10小时(优选为2小时～4小时)。对收集的下层物料进行加热抽真空干燥的温度范围为40～150℃(优选为60℃～80℃)，时间为30分钟～24小时(优选为5小时～8小时)，保持真空度低于1kPa(优选为10～50Pa)。
下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细描述。
实施例1
将5g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到200g甲醇中，超声分散10分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与50g环氧树脂E-44混合后机械搅拌1小时，搅拌速度为200转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层(附图1)；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至60℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干5小时后取出即得到石墨烯含量约10wt％的石墨烯/环氧树脂复合母料。
用环氧树脂将上述复合母料稀释至石墨烯浓度为0.01wt％，此时树脂呈半透明状态，可以直观的观察石墨烯在环氧树脂中的分散状态，其光学照片如附图2所示，石墨烯在环氧树脂中分散均匀。
利用上述复合母料配制石墨烯浓度为1wt％的石墨烯/环氧树脂复合涂层，其截面扫描电子显微镜和光学显微镜形貌以及拉曼光谱面扫描分析分别如附图3和附图4(a,b)所示，石墨烯在复合涂层中分散均匀。
由于利用石墨烯/环氧树脂母液制备的石墨烯/环氧树脂复合涂层中石墨烯具有良好的分散性，因此可以实现低的渗流阈值，以及高的导电性。利用石墨烯/环氧树脂母液制备的不同浓度石墨烯/环氧树脂复合涂层的表面电阻如附图5所示；石墨烯/环氧树脂复合涂层的渗流阈值约为0.8wt％，最低的表面电阻率在石墨烯含量为3wt％时约为1kΩ/□。
实施例2
将50g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到2kg乙醇中，高速剪切分散10分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与1kg环氧树脂E-51混合后机械搅拌3小时，搅拌速度为100转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至60℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干5小时后取出即得到石墨烯含量约5wt％的石墨烯/环氧树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例3
将100g浮动催化剂化学法气相沉积法(FCCVD)制备的单壁碳纳米管粉体加入到2kg乙醇中，高速剪切分散10分钟，可得到暂态分散的碳纳米管/醇悬浊液；将上述悬浊液与1kg醇酸树脂混合后机械搅拌3小时，搅拌速度为100转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至60℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干5小时后取出即得到碳纳米管含量约10wt％的碳纳米管/醇酸树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例4
将6g化学气相沉积法(CVD)制备的纳米碳纤维粉体加入到200g丙醇中，高速搅拌分散40分钟，可得到暂态分散的纳米碳纤维/醇悬浊液；将上述悬浊液与100g液态乙烯基树脂混合后机械搅拌2小时，搅拌速度为500转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至80℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干5小时后取出即得到纳米碳纤维含量约6wt％的纳米碳纤维/乙烯基树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例5
将6g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到200g丙醇中，高速搅拌分散40分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与100g液态聚氨酯树脂混合后机械搅拌2小时，搅拌速度为500转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至80℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干5小时后取出即得到石墨烯含量约6wt％的石墨烯/聚氨酯树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例6
将80g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到4kg异丙醇中，超声分散50分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与1kg液态氨基树脂混合后机械搅拌3小时，搅拌速度为200转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至50℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干8小时后取出即得到石墨烯含量约8wt％的石墨烯/氨基树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例7
将50g采用CVD制备的纳米碳纤维粉体加入到2kg戊醇中，高速剪切分散60分钟，可得到暂态分散的纳米碳纤维/醇悬浊液；将上述悬浊液与5kg液态醇酸树脂混合后机械搅拌3小时，搅拌速度为500转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至90℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干15小时后取出即得到纳米碳纤维含量约10wt％的纳米碳纤维/醇酸树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例8
将80g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到4kg异丙醇中，超声分散50分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与1kg液态丙烯酸树脂混合后机械搅拌3小时，搅拌速度为200转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至50℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干8小时后取出即得到石墨烯含量约8wt％的石墨烯/丙烯酸树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例9
将100g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到10kg丁醇中，高速剪切分散30分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与2kg液态环氧树脂混合后机械搅拌1小时，搅拌速度为500转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至70℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干20小时后取出即得到石墨烯含量约5wt％的石墨烯/环氧树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例10
将100g采用FCCVD法制备的多壁碳纳米管粉体加入到10kg丁醇中，高速剪切分散30分钟，可得到暂态分散的碳纳米管/醇悬浊液；将上述悬浊液与2kg液态环氧树脂混合后机械搅拌1小时，搅拌速度为500转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至70℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干20小时后取出即得到碳纳米管含量约5wt％的碳纳米管/环氧树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例11
将8g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到300g叔丁醇中，高速搅拌分散60分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与100g液态聚氨酯树脂混合后机械搅拌2小时，搅拌速度为100转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至40℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干24小时后取出即得到石墨烯含量约8wt％的石墨烯/聚氨酯树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例12
将50g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到2kg戊醇中，高速剪切分散60分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与5kg液态丙烯酸树脂混合后机械搅拌3小时，搅拌速度为500转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至90℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干15小时后取出即得到石墨烯含量约10wt％的石墨烯/丙烯酸树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例13
将500g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到30kg己醇中，超声分散30分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与10kg环氧树脂混合后机械搅拌5小时，搅拌速度为200转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至120℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干24小时后取出即得到石墨烯含量约5wt％的石墨烯/环氧树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例14
将40g采用CVD法制备的纳米碳纤维粉体加入到2kg甲醇/异丙醇复合溶液(质量比1:1)中，高速剪切分散30分钟，可得到暂态分散的纳米碳纤维/醇悬浊液；将上述悬浊液与500g乙烯基树脂混合后机械搅拌1小时，搅拌速度为100转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至70℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干15小时后取出即得到纳米碳纤维含量约8wt％的纳米碳纤维/乙烯基树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例15
将120g采用FCCVD法制备的单壁碳纳米管粉体加入到40kg仲丁醇中，超声分散60分钟，可得到暂态分散的碳纳米管/醇悬浊液；将上述悬浊液与2kg聚氨酯树脂混合后机械搅拌3小时，搅拌速度为100转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至60℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干12小时后取出即得到碳纳米管含量约6wt％的碳纳米管/聚氨酯树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例16
将100g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到20kg异丁醇中，高速剪切分散20分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与1kg环氧树脂混合后机械搅拌2小时，搅拌速度为100转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至50℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干8小时后取出即得到石墨烯含量约10wt％的石墨烯/环氧树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例17
将120g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到40kg仲丁醇中，超声分散60分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与2kg聚氨酯树脂混合后机械搅拌3小时，搅拌速度为100转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至60℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干12小时后取出即得到石墨烯含量约6wt％的石墨烯/聚氨酯树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例18
将40g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到2kg甲醇/异丙醇复合溶液(质量比1:1)中，高速剪切分散30分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与500g丙烯酸树脂混合后机械搅拌1小时，搅拌速度为100转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至70℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干15小时后取出即得到石墨烯含量约8wt％的石墨烯/丙烯酸树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例19
将100g插层剥离法制备的石墨烯粉体加入到5kg丁醇/异戊醇复合溶液(质量比2:1)中，高速搅拌分散60分钟，可得到暂态分散的石墨烯/醇悬浊液；将上述悬浊液与1kg环氧树脂混合后机械搅拌2小时，搅拌速度为200转/分钟；搅拌结束后静置10分钟，使上述混合液体分层；将上层灰白色的溶液倒出，留下下层黑色的粘稠浆料，置入真空烘箱中抽真空加热至90℃，保持烘箱内真空度低于100Pa；烘干10小时后取出即得到石墨烯含量约10wt％的石墨烯/环氧树脂复合母料。其外观形貌和使用效果与实施例1类似。
实施例结果表明，本发明是一种高质量纳米碳材料(石墨烯、碳纳米管或纳米碳纤维)在环氧树脂、氨基树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂以及丙烯酸树脂等液态树脂预聚体中的高效快速分散方法，并且相应地制备出纳米碳/液态树脂母料。将纳米碳粉体首先在醇溶剂中分散均匀，之后将纳米碳分散液与树脂预聚体混合搅拌至溶液分层，去除上层溶液并烘干后即得到纳米碳在树脂预聚体中的稳定分散体，当分散体中的纳米碳含量在5wt％以上时，称其为纳米碳/液态树脂母料。采用本发明可实现高质量纳米碳在高粘度树脂中的高浓度均匀分散，从而制备出高性能的纳米碳聚合物基复合材料，该纳米碳分散方法可实现石墨烯在多种液态树脂预聚体中的高浓度、均匀分散。
Claims (8)
1.一种纳米碳／液态树脂母料的制备方法，其特征在于，具体过程如下：
纳米碳材料包括石墨烯、碳纳米管或纳米碳纤维；液态树脂包括各种液态环氧树脂、氨基树脂、醇酸树脂、乙烯基树脂、聚氨酯树脂或丙烯酸树脂；纳米碳/液态树脂母料指的是纳米碳含量在5 wt%及以上的复合树脂浆料，纳米碳在其中均匀分散，并被稀释成低浓度的复合树脂，且稀释后纳米碳的分散状态不变；树脂在醇中微量的溶解使其与纳米碳形成良好的结合，使纳米碳与树脂之间的相互作用力逐渐增强；宏观上表现为纳米碳逐渐从醇溶液中转移到树脂中，并形成均匀分散；在纳米碳完全由醇中转移到树脂中之后，静置条件下醇溶液就会与树脂分层；由于醇溶液与树脂之间的结合力很弱，通过热蒸发的处理方法，使其与树脂完全分离；
将干燥的纳米碳粉体加入到醇溶剂中搅拌使其完全浸润，利用超声、高速搅拌或剪切分散处理使其形成纳米碳/醇悬浊液；将纳米碳/醇悬浊液加入液态树脂中搅拌至醇溶液与树脂分层，其中上层为乳白色至灰白色低粘度醇溶液，下层为黑色高粘度物料；将上层醇溶液与下层物料分离后，收集下层物料；对收集的物料进行加热抽真空干燥后，即得到均匀分散有纳米碳的复合树脂浆料，收集的上层醇溶液利用蒸馏的方法提纯后重复使用。
2.按照权利要求1所述的纳米碳／液态树脂母料的制备方法，其特征在于，搅拌至醇溶液与树脂分层是指，搅拌处理完成后，将混合液体静置5～20分钟，即出现分层。
3.按照权利要求1所述的纳米碳／液态树脂母料的制备方法，其特征在于，所用的醇溶剂是指碳原子数在7以下的液态醇溶剂，包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇及其异构体、戊醇及其异构体、己醇及其异构体中的一种或两种以上的混合物。
4.按照权利要求1所述的纳米碳／液态树脂母料的制备方法，其特征在于，纳米碳粉体与醇溶剂的质量比为1:100～1:10。
5.按照权利要求1所述的纳米碳／液态树脂母料的制备方法，其特征在于，制备纳米碳/醇悬浊液的超声、高速搅拌或剪切分散处理所需的时间为5分钟～2小时。
6.按照权利要求1所述的纳米碳／液态树脂母料的制备方法，其特征在于，纳米碳/醇悬浊液与液态树脂混合的质量比为1:10～100:1。
7.按照权利要求1所述的纳米碳／液态树脂母料的制备方法，其特征在于，将纳米碳/醇悬浊液加入液态树脂中后采用机械搅拌进行混料，搅拌速度为10转/分钟～1000转/分钟，搅拌时间为10分钟～10小时。
8.按照权利要求1所述的纳米碳／液态树脂母料的制备方法，其特征在于，对收集的下层物料进行加热抽真空干燥的温度范围为40～150℃，时间为30分钟～24小时，保持真空度低于1 kPa。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410617460.9A CN105566850B (zh) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410617460.9A CN105566850B (zh) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105566850A CN105566850A (zh) | 2016-05-11 |
| CN105566850B true CN105566850B (zh) | 2018-01-16 |
Family
ID=55877523
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410617460.9A Active CN105566850B (zh) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | 一种纳米碳/液态树脂母料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105566850B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108609903A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-02 | 方建波 | 一种泵送剂 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4635103B2 (ja) * | 2008-02-08 | 2011-02-16 | 株式会社名城ナノカーボン | カーボンナノチューブ分散液、及びその利用 |
| CN102286189B (zh) * | 2011-06-24 | 2012-11-21 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的制备方法 |
| CN103254572A (zh) * | 2013-05-20 | 2013-08-21 | 嘉兴学院 | 一种氧化石墨烯/碳纳米管协同改性玻璃纤维增强环氧基复合材料及其制备方法 |
| CN103396653B (zh) * | 2013-07-12 | 2016-01-20 | 浙江大学宁波理工学院 | 一种石墨烯微片/环氧树脂纳米复合材料的制备方法 |
| CN103525013A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-01-22 | 嘉兴市隆鑫碳纤维制品有限公司 | 一种导电碳纤维复合材料及其制备方法 |
-
2014
- 2014-11-05 CN CN201410617460.9A patent/CN105566850B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105566850A (zh) | 2016-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105110318B (zh) | 一种石墨烯水性浆料及其制备方法 | |
| CN105873858B (zh) | 石墨烯的制备方法及石墨烯的分散组合物 | |
| CN105810294B (zh) | 一种水性导电银浆及其制备方法 | |
| CN105463613B (zh) | 聚酰胺6‑石墨烯量子点/碳纳米管防静电纤维及制备 | |
| CN102877367B (zh) | 碳纳米管/短纤维复合纳米碳纸及其连续制备方法 | |
| CN104411632B (zh) | 含碳纳米管组合物的分散液及导电性成型体 | |
| CN102604332B (zh) | 一种SiO2纳米粒子接枝氧化石墨烯改性环氧树脂的方法 | |
| KR102018289B1 (ko) | 고농도 하이브리드 탄소나노튜브/그래핀 분산액의 제조 방법 | |
| CN103524785B (zh) | 一种石墨烯/SiO2复合材料及其制备方法与应用 | |
| CN104627977B (zh) | 一种氧化石墨烯增强的复合纳米碳纸及其制备方法 | |
| CN104108700B (zh) | 一种石墨烯材料粉体及制备方法 | |
| CN103937016A (zh) | 一种制备石墨烯/高分子乳液复合薄膜材料的喷涂方法 | |
| CN107001047A (zh) | 部分氧化石墨烯及其制备方法 | |
| CN105968777B (zh) | 一种抗静电复合纳米材料薄膜及其制备方法 | |
| CN104803380A (zh) | 一种石墨烯的制备方法 | |
| CN107108226A (zh) | 利用高速均质化预处理和高压均质化制备石墨烯的方法 | |
| CN107151002B (zh) | 一种以浓硫酸为插层剂制备单层或寡层氮化硼纳米片的方法 | |
| CN106702722A (zh) | 一种高电导率的石墨烯基导电纤维的制备方法 | |
| CN103147355A (zh) | 一种生物质纳米纤维导电纸的制备方法 | |
| CN103922323A (zh) | 一种制备小片径石墨烯的方法 | |
| CN103408895A (zh) | 一种石墨烯环氧树脂复合材料的制备方法 | |
| CN111717900A (zh) | 一种功能化氮化硼纳米片的机械剥离方法 | |
| CN107312318A (zh) | 一种石墨烯导电复合材料及其制备方法 | |
| CN103077765A (zh) | 一种复合导电材料及其制备方法 | |
| CN113421695A (zh) | 一种水性碳纳米管分散液、导电浆料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |