CN107383518B - 聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种聚乙烯‑石墨烯复合物的制备方法,包括如下步骤:1)将聚乙烯用阳离子表面活性剂溶液进行表面处理,过滤,烘干,得到经表面处理的聚乙烯粉末;2)将上述经表面处理的聚乙烯粉末加入到氧化石墨烯水分散液中,搅拌,得混合液;3)将上述混合液通过高温喷雾干燥,得到聚乙烯‑石墨烯混合物粉末;4)将上述混合物粉末加入到水合肼溶液中还原,洗涤、烘干,得到聚乙烯‑石墨烯复合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,属于石墨烯领域。
背景技术
聚乙烯由于其优良的性能而被广泛应用于化学、化工、机械、电子等领域。为了不断提高其导电、导热等性能通常还需添加各种填料,如添加导电炭黑、石墨、炭纤维等可以提高聚乙烯的电学性能;添加二氧化硅、碳酸钙等可改善其力学性能。
石墨烯是聚乙烯改性的首选材料之一,其结构为二维片状结构,具有优异的导电、导热和力学性能。“超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料的制备方法”(中国发明专利申请号:201310317580.2)将UHMWPE与石墨烯粉末置于高速搅拌机中搅拌,得到超高分子量聚乙烯/石墨烯复合颗粒;石墨烯粉末分2~50次加入到高速搅拌机中,每次搅拌10~30s,搅拌速度为10000~30000r/min;将将超高分子量聚乙烯/石墨烯复合颗粒在180~240℃下预热5~10min,然后在相同温度、10MPa条件下热压30min,得到超高分子量聚乙烯/石墨烯材料。
石墨烯可以通过多种途径制备,如机械剥离法、氧化还原法、CVD法等。目前,氧化还原法能制备大批量的粉体石墨烯。主要制备流程为:将鳞片石墨与氧化剂(如硫酸、硝酸纳、高锰酸钾)混合,反应一定时间,使石墨转化为氧化石墨;将反应体系中的杂质除尽(如残余的高猛酸钾、硫酸等),得到氧化石墨。氧化石墨的纯化通常是通过离心、水洗、最后烘干。
由于氧化石墨是亲水性的,通常能吸附大量的水,另外氧化石墨对热环境敏感,容易发生还原。一般通过冷冻干燥的办法,除掉产品中的残余水分。冷冻干燥需要低温、真空设备,属于耗能工艺,即便如此,所得到的氧化石墨经过一段时间的储存还存在一定情况自发还原、叠合,影响后续的应用效果。氧化石墨烯批量干燥也是用喷雾干燥,该法速度快,效率高,如中国发明专利“一种制备石墨烯粉体的方法”(申请号:201010593157.1):提出将氧化石墨烯分散液通过高温或低温喷雾干燥,得到氧化石墨烯粉末。
为了更好地利用氧化石墨烯的水分散性,人们也经常将氧化石墨制备成一定浓度的水溶液销售,使用者可以将氧化石墨的水溶液购买来,通过还原,得到还原氧化石墨烯粉末进行后续的应用。氧化石墨的水溶液通常被应用于与水性高分子的复合,如与聚乙烯醇的复合,因为两者都是水性材料,在水中混合容易实现。
氧化石墨的水溶液也被用于材料的的表面涂覆改性,如将氧化石墨涂覆于材料表面,再进行还原,可以得到具有导电性的表面。如中国发明专利申请号201210067339.4“一种聚乙烯/石墨烯导电复合材料的制备方法”提出将氧化石墨与聚乙烯粉末在乙醇-水介质中混合,在95℃下通过机械搅拌使大量溶剂蒸发后,再在80℃的烘箱中干燥24小时,然后在95℃的真空烘箱中继续干燥24小时以去除残余的溶剂。干燥后的聚合物粉末涂上了一层氧化石墨烯,形成了具有壳核结构的复合粒子,经过还原则得到聚乙烯-石墨烯复合材料。该过程由于溶剂蒸发缓慢,氧化石墨可能逐步出现自叠合。另外,由于聚乙烯与氧化石墨界面亲和力小,溶剂挥发过程中氧化石墨不一定为主吸附到聚乙烯颗粒表面,氧化石墨片本身团聚、堆积的倾向更大些,导致聚乙烯与石墨烯不能均匀分散。
发明内容
聚乙烯塑料改性的石墨烯为粉体状态的石墨烯,聚乙烯与粉体状的石墨烯的复合工艺中,石墨烯难于得到均一的分散,因此,目前为止,石墨烯在聚乙烯中的均一分散仍然是个难题。
本发明提出一个新方法,可以有效地实现聚乙烯与石墨的均一复合。
本发明提供一种聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,包括如下步骤:
1)将聚乙烯用阳离子表面活性剂溶液进行表面处理,过滤,烘干,得到经表面处理的聚乙烯粉末;
2)将上述经表面处理的聚乙烯粉末加入到氧化石墨烯水分散液中,搅拌,得混合液;
3)将上述混合液通过高温喷雾干燥,得到聚乙烯-石墨烯混合物粉末;
4)将上述混合物粉末加入到水合肼溶液中还原,洗涤、烘干,得到聚乙烯-石墨烯复合物。
本发明所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其中,所述阳离子表面活性剂溶液的浓度优选为0.01-1wt%。
本发明所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其中,所述阳离子表面活性剂优选为十二烷基苯基三甲基氯化铵、十六烷基苯基三甲基氯化铵、十八烷基苯基三甲基氯化铵、十二烷基苯基三甲基溴化铵、十六烷基苯基三甲基溴化铵或十八烷基苯基三甲基溴化铵。
本发明所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其中,所述氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯的浓度优选为0.1-5wt%。
本发明所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其中,步骤2)中,所述经表面处理的聚乙烯粉末与氧化石墨烯的比例优选为100:0.01~5。
本发明所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其中,步骤3)中,喷雾干燥温度优选为120-180℃。
本发明所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其中,步骤4)中,所述水合肼溶液浓度优选为0.1-5%。
本发明所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其中,步骤4)中还原时间优选为0.5-2小时。
氧化石墨在水中处于完全的分离状态,当将阳离子表面处理的聚乙烯粉末加入其中时,带负电荷的氧化石墨片将被吸附于聚乙烯表面,并均一分布于表面。当混合物高温喷雾时,由于水分的瞬间丢失,氧化石墨附于聚乙烯粉末表面而不游离存在或堆积,同时由于高温作用发生了部分还原。部分还原的氧化石墨存在于聚乙烯粉末表面,再通过水合肼的彻底还原,得到聚乙烯-石墨烯复合物。
本发明的有益效果:
利用阳离子正电作用有效吸附水中的带负电的氧化石墨片,并利用高温喷雾干燥工艺同时实现氧化石墨烯与聚乙烯粉末的干燥、混合,同时部分还原了氧化石墨,最终实现了聚乙烯粉末与石墨烯的均一分散。
附图说明
图1:实施例2聚乙烯粉末复合前照片;
图2:实施例2聚乙烯-石墨烯复合后照片(石墨烯含量0.45%)。
具体实施方式
以下对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例,下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照常规条件。
实施例1
200克聚乙烯粉末加入到2000毫升的1%十六烷基苯基三甲基氯化铵水溶液中,搅拌,过滤,放置在100℃烘箱中烘干,待用;将2克氧化石墨加入到2000毫升水中,搅拌,分散,制备0.1%的氧化石墨水分散液;将处理后的聚乙烯粉末加到氧化石墨烯分散液中,搅拌均匀;将分散液喷雾干燥,设置出口温度150℃;收集样品;将干燥样品浸没于0.5M的水合肼水溶液中30分钟后,将混合物取出,过滤,用蒸馏水洗涤3次,放置于100℃下烘干,得到聚乙烯-石墨烯复合物产品,聚乙烯与石墨烯比例为100:0.92。
实施例2
200克聚乙烯粉末加入到2000毫升的0.5%十八烷基苯基三甲基溴化铵水溶液中,搅拌,过滤,放置在100℃烘箱中烘干,待用;将1克氧化石墨加入到2000毫升水中,搅拌,分散,制备0.05%的氧化石墨水分散液;将处理后的聚乙烯粉末加到氧化石墨烯分散液中,搅拌均匀;将分散液喷雾干燥,设置出口温度150℃;收集样品;将干燥样品浸没于0.5M的水合肼水溶液中30分钟后,将混合物取出,过滤,用蒸馏水洗涤3次,放置于100℃下烘干,得到聚乙烯-石墨烯复合物产品,聚乙烯与石墨烯的比例为100:0.45。
实施例3
200克聚乙烯粉末加入到2000毫升的0.01%十二烷基苯基三甲基氯化铵水溶液中,搅拌,过滤,放置在100℃烘箱中烘干,待用;将0.5克氧化石墨加入到2000毫升水中,搅拌,分散,制备0.025%的氧化石墨水分散液;将处理后的聚乙烯粉末加到氧化石墨烯分散液中,搅拌均匀;将分散液喷雾干燥,设置出口温度150℃;收集样品;将干燥样品浸没于0.5M的水合肼水溶液中30分钟后,将混合物取出,过滤,用蒸馏水洗涤3次,放置于100℃下烘干,得到聚乙烯-石墨烯复合物产品,聚乙烯与石墨烯的比例为100:0.22。
实施例4
200克聚乙烯粉末加入到2000毫升的1%十二烷基苯基三甲基氯化铵水溶液中,搅拌,过滤,放置在100℃烘箱中烘干,待用;将0.02克氧化石墨加入到2000毫升水中,搅拌,分散,制备0.001%的氧化石墨水分散液;将处理后的聚乙烯粉末加到氧化石墨烯分散液中,搅拌均匀;将分散液喷雾干燥,设置出口温度120℃;收集样品;将干燥样品浸没于0.5M的水合肼水溶液中30分钟后,将混合物取出,过滤,用蒸馏水洗涤3次,放置于100℃下烘干,得到聚乙烯-石墨烯复合物产品,聚乙烯与石墨烯的比例为100:0.01。
实施例5
200克聚乙烯粉末加入到2000毫升的1%十二烷基苯基三甲基氯化铵水溶液中,搅拌,过滤,放置在100℃烘箱中烘干,待用;将0.5克氧化石墨加入到2000毫升水中,搅拌,分散,制备0.025%的氧化石墨水分散液;将处理后的聚乙烯粉末加到氧化石墨烯分散液中,搅拌均匀;将分散液喷雾干燥,设置出口温度150℃;收集样品;将干燥样品浸没于0.5M的水合肼水溶液中60分钟后,将混合物取出,过滤,用蒸馏水洗涤3次,放置于100℃下烘干,得到聚乙烯-石墨烯复合物产品,聚乙烯与石墨烯的比例为100:0.23。
实施例6
200克聚乙烯粉末加入到2000毫升的1%十二烷基苯基三甲基氯化铵水溶液中,搅拌,过滤,放置在100℃烘箱中烘干,待用;将10克氧化石墨加入到2000毫升水中,搅拌,分散,制备0.5%的氧化石墨水分散液;将处理后的聚乙烯粉末加到氧化石墨烯分散液中,搅拌均匀;将分散液喷雾干燥,设置出口温度180℃;收集样品;将干燥样品浸没于0.5M的水合肼水溶液中2小时后,将混合物取出,过滤,用蒸馏水洗涤3次,放置于100℃下烘干,得到聚乙烯-石墨烯复合物产品,聚乙烯与石墨烯的比例为100:5。
对比例1
200克聚乙烯粉末加入到2000毫升的水溶液中,搅拌,发现聚乙烯粉末全部浮于水表面。原因分析:聚乙烯与水不互溶,水不能湿润聚乙烯粉末表面;
直接过滤,放置在100℃烘箱中烘干,待用;
将2克氧化石墨加入到2000毫升水中,搅拌,分散,制备0.1%的氧化石墨水分散液;将处理后的聚乙烯粉末加到氧化石墨烯分散液中,搅拌。发现聚乙烯粉末无法进入到氧化石墨烯分散液中,不能充分接触。原因分析:聚乙烯表面由于没有阳离子表面活性剂存在,不能进入水相,也不能与氧化石墨烯产生静电结合。
后续过程显然不能使氧化石墨烯与聚乙烯均匀复合。
Claims (8)
1.一种聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,包括如下步骤:
1)将聚乙烯用阳离子表面活性剂溶液进行表面处理,过滤,烘干,得到经表面处理的聚乙烯粉末;
2)将上述经表面处理的聚乙烯粉末加入到氧化石墨烯水分散液中,搅拌,得混合液;
3)将上述混合液通过高温喷雾干燥,得到聚乙烯-石墨烯混合物粉末;
4)将上述混合物粉末加入到水合肼溶液中还原,洗涤、烘干,得到聚乙烯-石墨烯复合物。
2.根据权利要求1所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其特征在于,所述阳离子表面活性剂溶液的浓度为0.01-1wt%。
3.根据权利要求1所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其特征在于,所述阳离子表面活性剂为十二烷基苯基三甲基氯化铵、十六烷基苯基三甲基氯化铵、十八烷基苯基三甲基氯化铵、十二烷基苯基三甲基溴化铵、十六烷基苯基三甲基溴化铵或十八烷基苯基三甲基溴化铵。
4.根据权利要求1所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其特征在于,所述氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯的浓度为0.1-5wt%。
5.根据权利要求1~4任一项所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其特征在于,步骤2)中,所述经表面处理的聚乙烯粉末与氧化石墨烯的比例为100:0.01~5。
6.根据权利要求1~4任一项所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其特征在于,步骤3)中,喷雾干燥温度为120-180℃。
7.根据权利要求1~4任一项所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其特征在于,步骤4)中,所述水合肼溶液浓度为0.1-5%。
8.根据权利要求1~4任一项所述的聚乙烯-石墨烯复合物的制备方法,其特征在于,步骤4)中还原时间为0.5-2小时。
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---|---|---|---|---|
CN112103477A (zh) * | 2019-06-17 | 2020-12-18 | 中兴通讯股份有限公司 | 单层还原氧化石墨烯钴酸锂复合材料及其制备方法和用途 |
CN112457506A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-09 | 德阳烯碳科技有限公司 | 一种石墨烯聚乙烯复合管材的制备方法 |
CN113999445B (zh) * | 2021-10-20 | 2023-06-16 | 国网电力科学研究院有限公司 | 一种石墨烯/聚乙烯复合材料及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102532629A (zh) * | 2011-12-30 | 2012-07-04 | 北京化工大学 | 完全剥离的氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料的制备方法 |
CN103030856A (zh) * | 2013-01-03 | 2013-04-10 | 桂林理工大学 | 改性石墨烯增强pe/pp复合材料中pe树脂层的制备方法 |
CN104356487A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-02-18 | 上海电缆研究所 | 一种电缆用石墨烯半导电屏蔽料的制备方法 |
CN104497385A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-04-08 | 中国石油天然气集团公司 | 一种氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜及其制备方法 |
-
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102532629A (zh) * | 2011-12-30 | 2012-07-04 | 北京化工大学 | 完全剥离的氧化石墨烯/橡胶纳米复合材料的制备方法 |
CN103030856A (zh) * | 2013-01-03 | 2013-04-10 | 桂林理工大学 | 改性石墨烯增强pe/pp复合材料中pe树脂层的制备方法 |
CN104497385A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-04-08 | 中国石油天然气集团公司 | 一种氨基化氧化石墨烯/高密度聚乙烯纳米复合膜及其制备方法 |
CN104356487A (zh) * | 2014-11-27 | 2015-02-18 | 上海电缆研究所 | 一种电缆用石墨烯半导电屏蔽料的制备方法 |
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