一種親油性石墨烯納米片及其制備方法和應用技術

本發明專利技術提供了親油性石墨烯納米片及其制備方法和應用。本發明專利技術方法中，先將鱗片石墨原料在無機酸、過硫酸鹽和過氧化物條件下進行預處理；然后，再與插層剝離助劑、親油性改進劑和助劑混合，然后通過機械剝離，將親油性改進劑引入到石墨烯納米片的表面或邊緣，從而得到表面或邊緣具有親油性基的石墨烯納米片。本發明專利技術方法具有制備方法簡單易行、綠色環保，并具有可控性等特點。同時，由本發明專利技術制備的親油性石墨烯納米片的片徑大小＜500nm，片徑厚度＜10nm，并在有機溶劑、基礎油和高分子聚合物基體中具有良好的分散性和穩定性，因而能夠在潤滑油脂、涂料涂層以及復合材料等領域中應用。

Lipophilic graphene nanosheets and preparation method and application thereof

The invention provides a lipophilic graphene nanosheets and a preparation method and an application thereof. In the method of the invention, the flake graphite is pretreated in inorganic acid, sulfate and peroxide conditions; then, with the intercalation and exfoliation agent, modifier and lipophilic additives are mixed, and then through mechanical stripping, the lipophilic modifier into graphene nano film surface or edge, so as to obtain a surface or has the edge graphene nanosheets lipophilic radical. The method of the invention has the advantages of simple and easy preparation, green environment protection and controllable performance. At the same time, the lipophilicity of the graphene nanosheet film prepared by the invention of the size is less than 500nm, film thickness diameter is less than 10nm, and has good dispersibility and stability in organic solvent, base oil and polymer matrix, so it can be applied in the field of lubricating grease, paint coatings and composite materials etc..

【技術實現步驟摘要】
一種親油性石墨烯納米片及其制備方法和應用
本專利技術涉及石墨烯材料領域，具體而言，涉及親油性石墨烯納米片及其制備方法和應用。
技術介紹
石墨烯是一種從石墨材料中剝離出的具有單層碳原子層的二維材料，是目前世界上最薄也是最堅硬的納米材料，具有獨特優異的電學、熱學、力學等性能，在能源、電子材料、生物醫學以及環境保護等諸多領域受到廣泛關注。結構完整的石墨烯是由穩定的類六元環苯單元組合而成，表面呈惰性，化學穩定性高，同時，石墨烯的片層與片層之間存在強烈的π－π作用，使其在溶液中容易發生團聚或重新堆疊成石墨結構。此外，由于石墨烯在普通溶劑中很難穩定分散，使其應用受到了很大的制約。因此，如何高效改性或者修飾石墨烯，改善其在有機溶劑、基礎油和高分子聚合物基體中的分散穩定性，并進一步使其能夠應用于實際的生產研究中，就成為石墨烯應用研究的主要課題。目前，現有技術中關于增強石墨烯在有機溶劑、基礎油和高分子聚合物基體中的分散性和穩定性能的方法主要有：(1)利用分散劑和表面改性劑協助石墨烯與分散體系形成均一穩定體系；(2)對石墨烯進行化學改性，從機理上改變其油溶性能，從而得到均一穩定體系。同時，現有技術中，主要還是在化學氧化法制備的氧化石墨烯(CN105296053A)、還原氧化石墨烯(HPMungse，etc.TheJournalofPhysicalChemistryC，2014，118：14394－14402.)或者石墨烯預氧化處理(CN106190432A和山東理工大學趙增典課題組)后，再進行改性。與石墨烯相比，氧化石墨烯表面存在大量含氧官能團，因而容易進行化學改性。然而，氧化石墨烯中碳含量較低，且制備工藝復雜、成本較高、并伴有高污染物排放等缺點，難以滿足簡單易行，綠色環保，低成本制備及應用的需要。有鑒于此，特提出本專利技術。
技術實現思路
本專利技術的第一目的在于提供一種親油性石墨烯納米片的制備方法，所述方法中，以鱗片石墨為原料，并將其在無機酸、過硫酸鹽和過氧化物條件下進行預處理；然后在插層剝離助劑、助劑和親油性改進劑的條件下，將預處理石墨粉球磨剝離成石墨烯納米片的同時，對納米片表面或邊緣進行親油改性，并得到具有親油性基的石墨烯納米片，具有制備方法簡便高效、成本低、綠色環保、易規模化、工業化生產等優點。本專利技術的第二目的在于提供一種親油性石墨烯納米片，本專利技術親油性石墨烯納米片由本專利技術方法制備得到，具有親油性好，在有機溶劑、潤滑油脂以及高分子樹脂中分散性和穩定性好等優點。本專利技術的第三個目的在提供一種親油性石墨烯納米片的應用，本專利技術親油性石墨烯納米片具有良好的親油性，因而能夠在在潤滑油脂、涂料涂層以及復合材料等領域中應用。為了實現本專利技術的上述目的，特采用以下技術方案：一種親油性石墨烯納米片的制備方法，所述方法包括如下步驟：將鱗片石墨粉與無機酸攪拌混合，并反應；然后加入過硫酸鹽，并繼續攪拌反應；最后緩慢添加過氧化物，并在反應后靜置，然后洗滌干燥，得到預處理的石墨；將所得到的預處理的石墨與插層剝離助劑、親油性改進劑和助劑攪拌混合后球磨反應，然后將球磨所的產物洗滌、干燥，即得親油性石墨烯納米片。可選的，本專利技術中，所述鱗片石墨粉的粒徑為40～15000目，所述無機酸為濃硫酸。可選的，本專利技術中，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉或者過硫酸銨中的一種或幾種的混合物；和/或，所述過氧化物為雙氧水。可選的，本專利技術中，所述插層剝離助劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、硼酸、硼酸鈉或者硼酸鋅中的一種或幾種的混合物。可選的，本專利技術中，所述親油性改進劑為油酸、油酸鈉、硬脂酸、硬脂酸鈉或者油胺中的一種或幾種的混合物。可選的，本專利技術中，所述助劑為無水乙醇、乙二醇或者正丁醇中的一種或幾種的混合物。可選的，本專利技術中，所述鱗片石墨粉、無機酸、過硫酸鹽和過氧化物的質量克數比例為1：(50～300)：(0.01～10)：(3～100)。可選的，本專利技術中，所述預處理的石墨、插層剝離助劑、親油性改進劑的質量克數比為1：(5～100)：(3～50)；和/或，所述預處理的石墨的質量克數與助劑體積毫升數的比例為1：(10～150)。同時，本專利技術還提供了由本專利技術方法制得的親油性石墨烯納米片。進一步的，本專利技術也提供了所述親油性石墨烯納米片在潤滑油脂、涂料涂層以及復合材料中的應用。與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：(1)本專利技術中，采用物理機械剝離和化學改性的方法對預處理后的石墨進行改性處理，不僅方法簡易、效率高，而且改性成本低，且易于大規模、工業化推廣生產；(2)由本專利技術方法制得的親油性石墨烯納米片尺寸粒徑小，而且在有機溶劑、潤滑油脂、高分子樹脂等中具有優異的分散性和親和性；同時，所述親油石墨烯還具有良好的親油性、導電性、潤滑性，因而在潤滑油脂、涂料涂層以及復合材料等領域具有更廣泛的應用。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，以下將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。圖1為實施例1中所制備的親油性石墨烯納米片的HRTEM圖；圖2為實施例2中制備的親油性石墨烯納米片的HRTEM圖；圖3為實施例2中制備的親油性石墨烯納米片的WCA圖；圖4為實施例1中石墨、石墨烯納米片(GN)、親油性改進劑以及制備的親油性石墨烯納米片(LGN)的TGA對比圖。具體實施方式下面將結合實施例對本專利技術的實施方案進行詳細描述，但是本領域技術人員將會理解，下列實施例僅用于說明本專利技術，而不應視為限制本專利技術的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規產品。機械剝離法是大量生產石墨烯的有效方法，利用物理外力打開石墨烯面內的C－C鍵，使其產生新的邊緣，而在新的邊緣處，具有大量不穩定化學鍵(懸空鍵)，因而極易發生反應。本專利技術中，正是利用長鏈親油基團在高活性石墨烯邊緣懸空鍵的作用下極易發生化學反應的特點，在剝離制備石墨烯的同時進行親油改性，因而能夠高效、低成本、簡易綠色、同時還能夠規模化地制備具有親油性的石墨烯納米片，而這也為石墨烯在潤滑油脂、涂料涂層以及復合材料等領域的應用提供了有力的技術支持。本專利技術制備方法具體步驟如下：(1)將鱗片石墨粉與無機酸攪拌混合，并反應；然后加入過硫酸鹽，并繼續攪拌反應；最后緩慢添加過氧化物，并在反應后靜置，然后洗滌干燥，得到預處理的石墨；步驟(1)中，所用鱗片石墨粉的粒徑為40～15000目；同時，所用無機酸為濃硫酸，優選的，所述無機酸為濃度≥98％的濃硫酸；進一步的，鱗片石墨粉與無機酸進行攪拌混合后，是在20～80℃條件下反應1～24h，然后冷卻至室溫，再加入過硫酸鹽，并在室溫條件下反應0.5～10h；其中，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉或者過硫酸銨中的一種或幾種的混合物；優選的，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉或者過硫酸銨中的任一種；然后，緩慢加入過氧化物，并在室溫下反應0.1～10h；其中，所述過氧化物為雙氧水；優選的，所述過氧化物為5～30％的雙氧水；最后，再與過氧化物反應后，將反應體系靜置，然后用去離子水洗滌至中性，然后冷凍干燥，冷凍干燥的時間控制為10～60h，即得到預處理的石墨；進一步的，步驟(1)中，各原料的用量比例為，鱗片石墨粉、無機酸、過硫本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種親油性石墨烯納米片的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：將鱗片石墨粉與無機酸攪拌混合，并反應；然后加入過硫酸鹽，并繼續攪拌反應；最后緩慢添加過氧化物，并在反應后靜置，然后洗滌干燥，得到預處理的石墨；將所得到的預處理的石墨與插層剝離助劑、親油性改進劑和助劑攪拌混合后球磨反應，然后將球磨所得產物洗滌、干燥，即得親油性石墨烯納米片。

【技術特征摘要】
1.一種親油性石墨烯納米片的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：將鱗片石墨粉與無機酸攪拌混合，并反應；然后加入過硫酸鹽，并繼續攪拌反應；最后緩慢添加過氧化物，并在反應后靜置，然后洗滌干燥，得到預處理的石墨；將所得到的預處理的石墨與插層剝離助劑、親油性改進劑和助劑攪拌混合后球磨反應，然后將球磨所得產物洗滌、干燥，即得親油性石墨烯納米片。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鱗片石墨粉的粒徑為40～15000目，所述無機酸為濃硫酸。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述過硫酸鹽為過硫酸鉀、過硫酸鈉或者過硫酸銨中的一種或幾種的混合物；和/或，所述過氧化物為雙氧水。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述插層剝離助劑為碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鉀、碳酸氫鉀、硼酸、硼酸鈉或者硼酸鋅中的一種或幾種的混合物。5.根據權...

【專利技術屬性】
技術研發人員：郭春艷，張曉平，
申請(專利權)人：上海昂星科技發展有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31