[发明专利]一种氧化石墨烯母料及其制备和应用

说明书

本发明属于石墨烯技术领域，更具体地涉及一种氧化石墨烯母料及制备和应用。本发明的技术方案直接将氧化石墨烯水溶液添加到相溶性良好的水性聚氨酯乳液中，促进了氧化石墨烯在水性聚氨酯乳液中的分散。多肽缩合剂的加入促进了氧化石墨烯表面的羧基等活性基团与水性聚氨酯链上羟基、氨基等活性基团发生酰胺化、酯化反应，增强了氧化石墨烯与水性聚氨酯的界面结合强度，进一步促进了氧化石墨烯在水性聚氨酯中的良好分散，并且形成缓慢的破乳过程。得到的所述氧化石墨烯母料可直接和聚酯、聚酰胺、热塑性聚氨酯等高分子树脂混合后熔融挤出，实现了氧化石墨烯的热还原，解决了石墨烯粉体加料难、粉尘大、易团聚、与基体树脂的粘结力弱等问题。

技术领域

本发明属于石墨烯技术领域，更具体地涉及一种氧化石墨烯母料及制备和应用。

背景技术

近年来，石墨烯以其优异的力学性能、导电导热性能等，在储能材料、复合材料、光电材料等领域受到广泛关注与研究。其中在复合材料领域，石墨烯具有添加量少、材料性能大幅提升等优势，明显优于传统功能填料。但石墨烯表面张力大、易团聚等问题也影响着石墨烯性能的充分发挥。

母料法是指在塑料、橡胶加工成型的过程中，将大量填料、助剂、少量载体树脂通过混炼等方式制备的浓缩体，以实现填料添加方便、提高生产效率、避免环境污染等。通过采用母料法，可以很好的改善石墨烯粉体加料困难、粉尘大等问题。

中国专利CN 201810965278.0公开了一种用于导电塑料的石墨烯导电母料及制备方法，采用螺杆挤出工艺，结合第一阶段制备银-石墨烯的三维导电凝胶和第二阶段剪切分散在ABS熔体中，制备出石墨烯导电母料。该专利结合银插层石墨烯一定程度上可避免石墨烯添加到树脂中的二次团聚问题，但石墨烯与树脂之间的粘结力没有得到改善，从而影响所生产复合材料的力学性能。中国专利CN 201310629451.7公开了具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料及其制备方法，结合静电吸附机理，自组装石墨烯/炭黑复合物，再将其填充于热塑性树脂。该专利解决了石墨烯加料难、分散难等问题，但因静电吸附影响因素多，可能影响生产母料质量稳定性。中国专利CN 201711084080.3公开了一种石墨烯涂料母料及制备方法，通过铜离子络合氧化石墨烯，防止其在乳液状载体树脂中团聚。该专利制备工艺简单、生产成本低，但引入的铜离子络合后难以除去，影响产品纯度。同时形成络合物的还原氧化石墨烯与树脂间的粘结力较小，抑制了复合材料机械性能的充分发挥。中国专利CN 201410172820.9公开了一种石墨烯色母粒，包括载体树脂、导电碳黑、奈米石墨烯片及润滑分散剂，其中奈米石墨烯片具有表面改质层，由包含偶合剂的表面改质剂形成，并由表面改质层的亲水性及亲油性官能基使奈米石墨烯片与导电碳黑及载体树脂之间产生化学键结。通过化学键结增强了石墨烯与载体树脂的粘结力，促进了其与高分子混炼时的分散性，强化界面结合强度。但其改性工艺复杂，不利于工业化生产。

总之，目前石墨烯母料的制备工艺很难同时满足生产工艺简单、成本低、工艺稳定性好和界面强度高等特点。因此，非常需要提供一种能同时实现以上特点的工艺方案。

发明内容

鉴于背景技术存在的上述问题，需要提供一种氧化石墨烯母料及其制备和应用，所述氧化石墨烯母料的制备需兼具生产工艺简单、成本低、工艺稳定性好的优点，制备出的所述氧化石墨烯母料需具备界面强度高、分散性和热还原性及与基体树脂粘结力强的性能。

为实现上述目的，在本发明的第一方面，发明人提供了一种氧化石墨烯母料的制备方法，包括以下步骤：

将氧化石墨烯水溶液和水性聚氨酯乳液混合均匀，得到产物A；

将多肽缩合剂水溶液和所述产物A混合均匀，静置、破乳，析出产物B；

将产物B破碎，洗涤、抽滤、烘干，得到所述氧化石墨烯母料，所述水性聚氨酯乳液包括阴离子型脂肪族水性聚氨酯乳液和/或阴离子型芳香族水性聚氨酯乳液。

在本发明的第二方面，发明人提供了一种氧化石墨烯母料，所述氧化石墨烯母料由本发明第一方面所述制备方法得到。