[发明专利]功能化石墨烯-炭黑复合粒料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种功能化石墨烯‑炭黑复合粒料及其制备方法和应用，向石墨烯水溶液中加入植物多酚，随后超声处理得到功能化石墨烯水溶液，接着将功能化石墨烯水溶液、粘结剂直接加入炭黑造粒水中，经过搅齿强烈搅拌混合后经过炭黑造粒机得到复合粒料。利用天然产物植物多酚和/或其衍生物作为分散助剂的高分散功能化石墨烯，其功能化石墨烯纳米片上植物多酚的极性基团与炭黑粒子表面的极性基团能有效快速的相互作用，有效避免石墨烯与石墨烯之间的团聚，解决了石墨烯在高分子材料中分散性差，应用难的问题，所获功能化石墨烯‑炭黑复合粒料稳定性好且石墨烯分散量大，可以极大地促进石墨烯在高分子材料方向的应用。

技术领域

本发明涉及石墨烯-炭黑复合粒料制备方法和应用，其应用主要涉及高分子材料领域。

背景技术

石墨烯(GE)为二维片状结构，基本结构单元是由碳原子组成的sp2杂化的六边形，厚度为单个原子层或多个原子层。GE的理论比表面积达2630m²/g，杨氏模量为1100GPa，导热系数为5300W/(m·k)，电子迁移率为15000cm²/(v·s)。由于其本身独特的结构特点，迅速成为能源电子材料等诸多研究领域的热点在高分子材料领域，很多研究者利用GE本身的结构特点，制备了高性能的GE/高分子材料纳米复合材料。但是石墨烯极高的化学稳定性和极低的表面能导致其与绝大多数高分子材料基体的兼容性差，石墨烯在高分子材料基体材料中直接应用受到限制。因此，如何解决“石墨烯在基体中均匀分散”和“良好的基体-石墨烯界面黏合”，是解决石墨烯在高分子材料领域应用难题的关键之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在高分子材料中稳定分散且加工性能好的功能化石墨烯-炭黑复合粒料的制备方法。利用天然产物植物多酚和/或其衍生物作为分散助剂，以水或有机溶剂中的一种或多种的混合溶剂为分散介质，采用超声或搅拌剪切的方法制备功能化石墨烯水分散液，超声处理后直接加入炭黑造粒水中，然后加入粘结剂经过搅齿强烈搅拌混合后经过炭黑造粒机得到复合粒料。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种功能化石墨烯-炭黑复合粒料的制备方法，包括如下步骤：

向石墨烯水溶液中加入植物多酚，随后超声处理得到功能化石墨烯水溶液，接着将功能化石墨烯水溶液、粘结剂直接加入炭黑造粒水中，经过搅齿强烈搅拌混合后经过炭黑造粒机得到复合粒料。

进一步地，所述植物多酚包括水解单宁、缩合单宁或复杂多酚中的一种或多种的混合物，或以植物多酚为主要成分的天然产物。

进一步地，所述植物多酚衍生物是通过与植物多酚结构中的酚羟基和/或其邻位氢的反应而衍生的化合物。

进一步地，功能化石墨烯的制备方法，所述超声剥离的条件为：功率为40w-2000w，时间为10min-24h，温度为0℃-60℃，优选40W，10min，20℃。

进一步地，所述石墨烯水溶液的浓度为0.5～2mg/ml，石墨烯和炭黑质量比为1∶1000～2。

进一步地，所述的搅齿的转速控制在300～600r/min，造粒环境温度控制在40～80℃，粘结剂的用量占造粒水的3％～6％，炭黑造粒机外筒温度控制在70～100℃。

进一步地，所述功能化石墨烯-炭黑复合粒料用于制备高分子橡胶复合材料。

所得功能化石墨烯具有分散效率高，且由于植物多酚结构中的酚羟基和/或其邻位氢的活性能迅速与炭黑粒子表面的极性基团作用，复合效率高且均匀度高。在后期应用中，尤其在橡胶制品中，植物多酚结构中的酚羟基和/或其邻位氢更参与橡胶的硫化反应中，进一步提高复合粒料与材料基体的相容性。

与现有技术相比，本发明的优点包括：