CN110423494B - 偶联剂气相改性石墨纳米片复合粉体的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种石墨纳米粉体改性工艺，具体的说涉及一种硅烷类或钛酸酯类偶联剂化合物与石墨纳米片复合粉体的制备方法，其特征在于以硅烷类或钛酸酯类偶联剂化合物通过鼓泡式形成偶联剂气氛，在石墨纳米片制备过程中，高速高能量作用，促进偶联剂分子与石墨纳米片相互作用，在石墨纳米片表面附着硅烷类或钛酸酯类化合物，形成石墨纳米片的改性粉体。对照现有技术，本发明技术简单，石墨纳米片的表面附着偶联剂化合物改性的复合粉体，在用于涂料、油墨等多种不同产品时，增强了石墨纳米片粉体在其中的分散性。

Description

偶联剂气相改性石墨纳米片复合粉体的制备方法
技术领域
本发明涉及一种改性工艺，具体的说涉及一种利用气相化合物在石墨纳米片表面附着偶联剂复合物，获得复合粉体的偶联剂气相改性石墨纳米片复合粉体的制备方法。
背景技术
石墨纳米材料在很多领域应用时，需要进行表面改性，用以提高应用特性，来满足各类应用的需求。其中表面负载TiO2、-COOH、-OH等化合物改性，是常用的方法。已有的碳材料，如纳米碳管、石墨、碳纤维等都有使用化合物表面改性的工艺。使用偶联剂表面改性，是碳材料增强表界面特性的常用方法。以往的钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂改性，大多是采用水相或液相溶剂的处理工艺，在碳材料表面附着大量化合物，产生很好的改性效果。
现有技术如公开号CN102642830A发明了一种硅烷偶联剂修饰石墨烯的制备方法技术，采用原料氧化石墨(烯)，硅烷偶联剂采用液相溶液互混，调节比例和试验参数，得到硅烷偶联剂改性的石墨烯。公开号为CN105903462A发明了一种合成二氧化钛石墨烯纳米复合材料的方法。涉及一种合成二氧化钛/石墨烯纳米复合材料的方法。该方法包括：(1)确定二氧化钛(TiO2)表面电性；(2)根据TiO2表面电性确定TiO2或者石墨烯氧化物改性程序；(3)TiO2、氧化物通过静电自组装形成TiO2/石墨烯氧化物纳米复合材料；(4)将TiO2/石墨烯氧化物溶液在搅拌、N2曝气条件下进行紫外光照射；(5)将经过紫外光照射后的样品洗涤干净后冻干；(6)对冻干后的样品进行微波照射得到TiO2/石墨烯纳米复合材料。该方法制备的TiO2/石墨烯纳米复合材料使用的原料为溶液状态的氧化石墨烯。另外一方面，CN105642917A的中国专利提供了一种金属包覆碳纳米管的制备方法，其包括碳源材料与催化剂源从碳纳米管合成炉顶部、自上向下喷入充满还原性气氛的高温反应器腔内，催化剂源热解被还原性气氛还原，形成纳米金属颗粒；碳源材料热解成高活性碳原子，催化下形成碳纳米管；在上述反应过程进行的同时，将金属源溶液从碳纳米管合成炉底部、自下向上喷入上述充满还原性气氛的高温反应器腔内，金属源形成纳米金属颗粒沉积在碳纳米管表面，生成金属包覆碳纳米管。
现阶段尚未有石墨纳米微片表面使用偶联剂的气相改性制备方法。
发明内容
本发明针对现有技术中的石墨纳米级微片(或石墨烯)，钛酸酯类或硅烷类化合物改性大多采用溶剂或水相方法，操作流程多、工艺繁杂等问题，提出了一种制备简便，工艺简单、采用原料易获得等优点的偶联剂气相改性石墨纳米片复合粉体的制备方法。
本发明通过以下措施达到：
一种偶联剂气相改性石墨纳米片复合粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：通过偶联剂气化装置获取偶联剂混合气体；
步骤2：将膨胀石墨原料与步骤1所获得的偶联剂混合气体分别经流化床气流粉碎机的两个进料口送入粉碎腔，在气流粉碎膨胀石墨过程中，气态偶联剂分子官能团附着于与石墨纳米片表面，形成复合粉体。
本发明所述步骤1中偶联剂气化装置设有密封罐，密封罐由罐体和罐盖组成，其中密封罐的罐盖上设有进气口和出气口，进气口上设有进气管，进气管上设有压缩气泵，压缩气泵向密封罐内送入压缩空气，进气管的前端伸入密封罐底部，密封罐内加入硅烷偶联剂溶液，出气口上设有出气管，出气管的进气端位于密封罐中硅烷欧联剂溶液的液面上方，出气管的出气端与步骤2中流化床气流粉碎机的一个进料口相连。
本发明所使用的流化床气流粉碎机是一种使用高压气流做为动力，膨胀石墨作为原料，在流化床气流粉碎设备的粉碎腔体里，可以把膨胀石墨粉碎成为片状厚度为几个纳米的石墨纳米片。
本发明中膨胀石墨原料在流化床气流粉碎机的作用下，被高速气流带动，互相碰撞粉碎过程中，气流中的偶联剂成分(硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等)与石墨片作用，结果可以获得石墨纳米片表面偶联剂改性粉体。在高能碰撞过程中，气体中的偶联剂成分，与纳米石墨片的作用得到激活，使偶联剂成分附着在纳米石墨微片表面，在其后期涂料、油墨等应用时，提高其分散特性。
附图说明：
附图1是本发明中偶联剂气化装置的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明：
本发明提出了一种石墨纳米片表面附着偶联剂成分的表面改性方法，包括将偶联剂鼓泡式输入粉碎腔体中，再使用高压气体携带原料膨胀石墨，在粉碎腔中高速碰撞，同时与偶联剂气相成分相互作用，从而获得偶联剂改性的石墨纳米片；所述偶联剂气化是通过偶联剂罐体中的鼓泡作用实现的；所述偶联剂可以是硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂，其溶液为透明稀溶液；本发明形成硅烷偶联剂气源的装置如图1所示。
实施例1：
一种硅烷偶联剂与石墨纳米片复合粉体的制备方法，其按如下步骤进行：取1升市售KH560硅烷偶联剂溶液，放入图1所示罐体中，用市售空气泵，从图1箭头所示方向入口，将压缩空气输入硅烷偶联剂液体中鼓泡，密闭罐体充斥混合气体以后，由流化床式气流粉碎机入料口，利用空气负压将膨胀石墨与偶联剂混合气体同时送入粉碎腔，在粉碎腔中，膨胀石墨在偶联剂气氛下，发生高速碰撞，同时偶联剂分子附着于粉碎的石墨纳米粉体表面，通过流化床式气流粉碎机的分级机分级以后，收取硅烷改性的石墨纳米粉。
实施例2：
一种钛酸酯偶联剂与石墨纳米片复合粉体的制备方法，其按如下步骤进行：取1升市售201钛酸酯偶联剂溶液，放入图1所示罐体中，用市售空气泵，从图1箭头所示方向入口，将压缩空气输入钛酸酯偶联剂液体中鼓泡，选用的市售偶联剂为稀溶液状态，使用气泵鼓泡即可实现偶联剂的化合物气氛；密闭罐体充斥混合气体以后，由流化床式气流粉碎机入料口，利用空气负压将膨胀石墨与偶联剂混合气体同时送入粉碎腔，在粉碎腔中，膨胀石墨在偶联剂气氛下，发生高速碰撞，同时偶联剂分子附着于粉碎的石墨纳米粉体表面，通过流化床式气流粉碎机的分级机分级以后，收取钛酸酯改性的石墨纳米粉。
本发明采用自制装置产生硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂的气源，在膨胀石墨进行气相粉碎同时与混合气体相互作用，制备硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂等表面改性的石墨纳米片复合粉体，所获得的粉体中，石墨纳米片表面附着硅烷类或钛酸酯类化合物，从而增强石墨纳米片表面特性，以利于改性后的石墨纳米片在防腐涂料、电热涂料、胶黏剂等领域应用，提高石墨纳米材料在溶液中的分散能力。

Claims (2)

1.一种偶联剂气相改性石墨纳米片复合粉体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：通过偶联剂气化装置获取偶联剂混合气体，所述偶联剂气化装置设有密封罐，密封罐由罐体和罐盖组成，其中密封罐的罐盖上设有进气口和出气口，进气口上设有进气管，进气管上设有压缩气泵，压缩气泵向密封罐内送入压缩空气，进气管的前端伸入密封罐底部，密封罐内加入偶联剂溶液，出气口上设有出气管，出气管的进气端位于密封罐中硅烷偶 联剂溶液的液面上方，出气管的出气端与步骤2中流化床气流粉碎机的一个进料口相连；取偶联剂溶液，放入罐体中，用市售空气泵，将压缩空气输入硅烷偶联剂液体中鼓泡，获取偶联剂混合气体；
步骤2：将膨胀石墨原料与步骤1所获得的偶联剂混合气体分别经流化床气流粉碎机的两个进料口送入粉碎腔，在气流粉碎膨胀石墨过程中，气态偶联剂分子官能团附着于石墨纳米片表面，形成复合粉体。
2.根据权利要求1所述的一种偶联剂气相改性石墨纳米片复合粉体的制备方法，其特征在于所使用的流化床气流粉碎机是一种使用高压气流做为动力，膨胀石墨作为原料，在流化床气流粉碎设备的粉碎腔体里，把膨胀石墨粉碎成为片状厚度为几个纳米的石墨纳米片。
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