本發(fā)明屬于石墨烯技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)。
背景技術(shù)：
石墨烯自2004年發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直是人們的研究熱點(diǎn)。石墨烯是由碳原子以sp2雜化形成的具有蜂窩狀六角平面結(jié)構(gòu)的二維材料。石墨烯具有良好的電學(xué)與光學(xué)性能、力學(xué)性能、熱傳導(dǎo)性能以及極高的電荷載流子遷移率，同時(shí)還有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性，在聚合物復(fù)合材料、能源材料、電子通訊、光磁學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。由于在眾多領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景，因此石墨烯的制備與應(yīng)用研究已成為全世界研究的熱點(diǎn)。
自從石墨烯發(fā)現(xiàn)以來(lái)，石墨烯的制備一直是人們研究的熱點(diǎn)。目前最常用的石墨烯的制備方法包括機(jī)微械剝離法、氧化還原法、氣相沉積法等，其中氧化還原法是目前應(yīng)用較多的方法，但該方法在制備過(guò)程中會(huì)引入大量缺陷，在還原時(shí)不能完全修復(fù)，嚴(yán)重影響了石墨烯的電學(xué)等性能；化學(xué)氣相沉積法可以得到高品質(zhì)大塊的石墨烯單片，但是這種方法制備條件苛刻，產(chǎn)量不高，制備成本很高；機(jī)械剝離法是最早獲得石墨烯的方法，即通過(guò)機(jī)械力從石墨片的表面進(jìn)行逐層剝離得到石墨烯片，可制備出最接近理想狀態(tài)的石墨烯，是一種能以低成本制備出高質(zhì)量石墨烯的簡(jiǎn)單易行的方法。目前機(jī)械剝離常用的方法主要是球磨法和直接液相剝離法，其中直接液相剝離法是在溶劑的作用下通過(guò)超聲、機(jī)械磨等作用力將石墨剝離為石墨烯的方法，該方法制備的石墨烯無(wú)結(jié)構(gòu)缺陷，保持了石墨烯完整的形貌和性能，可以用于制備高質(zhì)量高產(chǎn)量的石墨烯，簡(jiǎn)單廉價(jià)，對(duì)石墨烯的產(chǎn)業(yè)化具有重要的推動(dòng)作用。
中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN 105502371A公開(kāi)了一種石墨烯的液相剝離制備方法，將石墨粉分散在芳香族化合物為研磨介質(zhì)溶液中，通過(guò)超聲或機(jī)械剪切進(jìn)行剝離分散，離心過(guò)濾得到單層或少層石墨烯。中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN105110326A公開(kāi)了一種利用液相剝離法制備石墨烯的方法及石墨烯，將膨脹石墨溶于一定濃度的表面活性劑溶液中，微波處理后進(jìn)行超聲剝離得到石墨烯樣品；中國(guó)專利公開(kāi)號(hào)CN104495828A公開(kāi)了一種液相剝離法制備石墨烯的方法，將石墨進(jìn)行膨脹處理后分散在含表面活性劑的水溶液中，超聲處理干燥后加入到有機(jī)溶劑、有機(jī)溶劑和表面活性劑的混合液或者有機(jī)溶劑和與石墨烯具有相似表面能的物質(zhì)的混合液中，超聲處理干燥得到石墨烯。
綜上所述，目前直接液相剝離法主要是將石墨烯分散在有機(jī)溶劑中，利用表面活性劑作為研磨介質(zhì)或插層劑對(duì)石墨超聲處理得到石墨烯，但此方法仍存在缺陷，一是需要使用大量的有機(jī)溶劑，二是超聲時(shí)間較長(zhǎng)，一般超聲時(shí)間超過(guò)24小時(shí)才能達(dá)到理想的剝離效果；若超聲時(shí)間較短，則得到的石墨烯的產(chǎn)率很低。因此，本發(fā)明針對(duì)目前直接液相剝離法存在的缺陷，提出一種適用于液體研磨剝離制備石墨烯的研磨介質(zhì)，減少液相剝離制備石墨烯中有機(jī)溶劑的使用，同時(shí)提高研磨剝離效率，從而獲得高質(zhì)量、高產(chǎn)率的石墨烯。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)目前液相研磨剝離制備石墨烯存在大量使用有機(jī)溶劑、剝離時(shí)間長(zhǎng)、剝離效率低等問(wèn)題，提出一種用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)。所述研磨介質(zhì)由雙親性聚合物、納米改性水滑石、微膨脹劑、粘結(jié)劑、環(huán)糊精及尿素在高速攪拌機(jī)中混合均勻制備所得，通過(guò)高速混合使雙親性聚合物和納米改性水滑石形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使微膨脹劑和尿素插層劑均勻分布在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，表面包覆一層具有粘結(jié)作用的水性粘結(jié)劑，與石墨材料混合后，通過(guò)表面的粘結(jié)作用使石墨發(fā)生初步剝離，隨著研磨介質(zhì)的分散，包裹在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的微膨脹劑和尿素插層劑對(duì)石墨進(jìn)行膨脹、插層剝離，最終在機(jī)械力的作用下剝離得到石墨烯。本發(fā)明研磨介質(zhì)用于液體剝離制備石墨烯，減少有機(jī)溶劑的使用，石墨烯的剝離效率提高40%以上。采用本發(fā)明研磨介質(zhì)制備的石墨烯層數(shù)在十層以內(nèi)，比表面積較大，結(jié)構(gòu)缺陷小，具有較高的分散性能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 ：
一種用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)，其特征在于所述研磨介質(zhì)按重量百分比包括如下成分：雙親性聚合物30~45%、納米改性水滑石25~30%、微膨脹劑10~15%、粘結(jié)劑5～15％、環(huán)糊精5~10%、尿素5~10%。
上述所述的雙親性性聚合物為苯乙烯-馬來(lái)酸酐聚合物、聚乙二醇單硬脂酸酯、聚己內(nèi)酯-聚乙二醇共聚物中的至少一種。
上述所述的納米改性水滑石為粒徑10~100nm的有機(jī)水滑石，所述有機(jī)水滑石是通過(guò)十六烷基三甲基溴化銨、十二烷基三甲基氯化銨、十八烷基三甲基氯化銨中任一表面活性劑改性得到的水滑石。
上述所述的微膨脹劑為納米氫氧化鋁、苯乙烯納米聚合物微球中的任意一種，其中所述的苯乙烯納米聚合物微球遇水可發(fā)生膨脹現(xiàn)象。
上述所述的粘結(jié)劑為谷朊粉、羅望子多糖膠、瓜爾豆膠、酯化淀粉、水性聚氨酯中的至少一種。
上述所述的一種用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)是通過(guò)以下方法制備所得：
（1）將30~45%的雙親性聚合物和20~30%的納米改性水滑石分散在體積比為1:1~2的乙醇和水的混合溶液中，高速攪拌，使雙親性聚合物與納米改性水滑石形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，得到分散均勻的混合液；
（2）將10~15%的微膨脹劑和5~10%的尿素混合加入到步驟（1）中的混合液中，以300~800rpm的速度攪拌混合10~30min，使微膨脹劑和尿素均勻分布在納米改性水滑石的微孔中，過(guò)濾干燥得到混合物；
（3）將步驟（3）中得到的混合物由氣流從流化床下部送入流化床中，加入5～15％的粘結(jié)劑和5~10%的環(huán)糊精，隨氣流速度加大，混合物被粘結(jié)劑和環(huán)糊精包覆，干燥得到用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)。
上述步驟（1）中所述的攪拌速度為1000~5000rpm，攪拌時(shí)間為10~40min。
本發(fā)明一種用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)，其特征在于所述研磨介質(zhì)用于漿體研磨剝離制備石墨烯，研磨介質(zhì)的用量為石墨原料重量份的5~20%。
本發(fā)明一種用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)，與現(xiàn)有技術(shù)相比突出的特點(diǎn)和有益的效果在于：
1、本發(fā)明一種用于液相剝離制備石墨烯的研磨介質(zhì)，安全環(huán)保，不需要使用大量的有機(jī)溶劑和分散劑，在剝離石墨原料的同時(shí)提高石墨的分散性能，提高石墨的剝離效率，使剝離時(shí)間縮短20~40%，提高石墨烯的產(chǎn)率。
2、利用本發(fā)明研磨介質(zhì)制備的石墨烯片層數(shù)在十層以內(nèi)，比表面積較大，結(jié)構(gòu)缺陷小，具有較高的分散性能。
3、液相剝離制備石墨烯的方法中，利用本發(fā)明研磨介質(zhì)可以大大縮短剝離時(shí)間，使剝離效率提高到40%以上。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的闡述，并不限制于本發(fā)明。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或改進(jìn)，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
實(shí)施例1
1）本實(shí)施例中研磨介質(zhì)的成分如下：
苯乙烯-馬來(lái)酸酐聚合物30%、納米改性水滑石30%、納米氫氧化鋁10%、谷朊粉10％、環(huán)糊精10%、尿素10%；其中所述納米改性水滑石是通過(guò)十六烷基三甲基溴化銨改性得到的粒徑為10nm的水滑石。
2）研磨介質(zhì)的制備方法如下：
（1）將30%的苯乙烯-馬來(lái)酸酐聚合物和30%的納米改性水滑石分散在體積比為1:1的乙醇和水的混合溶液中，以1000rpm的速度高速攪拌40min，使苯乙烯-馬來(lái)酸酐聚合物與納米改性水滑石形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，得到分散均勻的混合液；
（2）將10%的納米氫氧化鋁和10%的尿素混合加入到步驟（1）中的混合液中，以800rpm的速度攪拌混合10min，使微膨脹劑和尿素均勻分布在納米改性水滑石的微孔中，過(guò)濾干燥得到混合物；
（3）將步驟（3）中得到的混合物由氣流從流化床下部送入流化床中，加入10％的谷朊粉和10%的環(huán)糊精，隨氣流速度加大，混合物被谷朊粉粘結(jié)劑和環(huán)糊精包覆，干燥得到用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)。
3）本發(fā)明研磨介質(zhì)用于漿體研磨剝離制備石墨烯，研磨介質(zhì)的用量為石墨原料重量份的10%。
實(shí)施例2
1）本實(shí)施例中研磨介質(zhì)的成分如下：
聚乙二醇單硬脂酸酯40%、納米改性水滑石30%、苯乙烯納米聚合物微球10%、羅望子多糖膠10％、環(huán)糊精5%、尿素5%；其中所述納米改性水滑石是通過(guò)十二烷基三甲基氯化銨表面活性劑改性得到的粒徑為50nm的水滑石。
2）研磨介質(zhì)的制備方法如下：
（1）將40%的聚乙二醇單硬脂酸酯和30%的納米改性水滑石分散在體積比為1:1的乙醇和水的混合溶液中，以3000rpm的速度高速攪拌30min，使聚乙二醇單硬脂酸酯與納米改性水滑石形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，得到分散均勻的混合液；
（2）將10%的苯乙烯納米聚合物微球和5%的尿素混合加入到步驟（1）中的混合液中，以500rpm的速度攪拌混合20min，使苯乙烯納米聚合物微球微膨脹劑和尿素均勻分布在納米改性水滑石的微孔中，過(guò)濾干燥得到混合物；
（3）將步驟（3）中得到的混合物由氣流從流化床下部送入流化床中，加入10％的羅望子多糖膠和5%的環(huán)糊精，隨氣流速度加大，混合物被羅望子多糖膠粘結(jié)劑和環(huán)糊精包覆，干燥得到用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)。
3）本發(fā)明研磨介質(zhì)用于漿體研磨剝離制備石墨烯，研磨介質(zhì)的用量為石墨原料重量份的10%。
實(shí)施例3
1）本實(shí)施例中研磨介質(zhì)的成分如下：
聚己內(nèi)酯-聚乙二醇共聚物45%、納米改性水滑石25%、納米氫氧化鋁10%、瓜爾豆膠5％、環(huán)糊精5%、尿素10%；其中所述納米改性水滑石是通過(guò)十六烷基三甲基溴化銨表面活性劑改性得到的粒徑為50nm的水滑石。
2）研磨介質(zhì)的制備方法如下：
（1）將45%的聚己內(nèi)酯-聚乙二醇共聚物和25%的納米改性水滑石分散在體積比為1:2的乙醇和水的混合溶液中，以5000rpm的速度高速攪拌20min，使聚己內(nèi)酯-聚乙二醇共聚物與納米改性水滑石形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，得到分散均勻的混合液；
（2）將10%的納米氫氧化鋁和10%的尿素混合加入到步驟（1）中的混合液中，以500rpm的速度攪拌混合20min，使納米氫氧化鋁微膨脹劑和尿素均勻分布在納米改性水滑石的微孔中，過(guò)濾干燥得到混合物；
（3）將步驟（3）中得到的混合物由氣流從流化床下部送入流化床中，加入5％的瓜爾豆膠和5%的環(huán)糊精，隨氣流速度加大，混合物被瓜爾豆膠粘結(jié)劑和環(huán)糊精包覆，干燥得到用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)。
3）本發(fā)明研磨介質(zhì)用于漿體研磨剝離制備石墨烯，研磨介質(zhì)的用量為石墨原料重量份的10%。
實(shí)施例4
1）本實(shí)施例中研磨介質(zhì)的成分如下：
苯乙烯-馬來(lái)酸酐聚合物30%、納米改性水滑石30%、納米氫氧化鋁15%、酯化淀粉5%、水性聚氨酯5％、環(huán)糊精10%、尿素5%；其中所述納米改性水滑石是通過(guò)十八烷基三甲基氯化銨表面活性劑改性得到的粒徑為100nm的水滑石。
2）研磨介質(zhì)的制備方法如下：
（1）將30%的苯乙烯-馬來(lái)酸酐聚合物和30%的納米改性水滑石分散在體積比為1:2的乙醇和水的混合溶液中，以3000rpm的速度高速攪拌30min，使苯乙烯-馬來(lái)酸酐聚合物與納米改性水滑石形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，得到分散均勻的混合液；
（2）將15%的納米氫氧化鋁和5%的尿素混合加入到步驟（1）中的混合液中，以300rpm的速度攪拌混合30min，使納米氫氧化鋁微膨脹劑和尿素均勻分布在納米改性水滑石的微孔中，過(guò)濾干燥得到混合物；
（3）將步驟（3）中得到的混合物由氣流從流化床下部送入流化床中，加入5%的酯化淀粉、5%的水性聚氨酯和10%的環(huán)糊精，隨氣流速度加大，混合物被粘結(jié)劑和環(huán)糊精包覆，干燥得到用于漿體研磨剝離石墨烯的研磨介質(zhì)。
3）本發(fā)明研磨介質(zhì)用于漿體研磨剝離制備石墨烯，研磨介質(zhì)的用量為石墨原料重量份的10%。