一種功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法。制備時，首先將胺類、脂類或硅烷偶聯劑類試劑中的一種分散于質量分數為90～95%的醇類溶劑中，室溫下超聲0.5～1個小時，接著在超聲輔助下將碳材料中的一種加入到醇體系中，超聲分散0.2～2個小時，最后利用噴霧干燥設備干燥得到功能化的碳材料粉體。本發明產品分散均勻、純度高和質量好，噴霧干燥設備接有蠕動泵進液口，進料連續，比冷凍干燥和烘箱干燥效率高。
【專利說明】
一種功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法，屬于無機精細化工技術領域。
【背景技術】
[0002]碳材料由于其優越的導電、導熱、阻燃、力學性能而廣泛應用于高分子材料改性中，包括抗靜電塑料、導熱塑料、導電油墨、力學增強橡膠等領域。碳材料包括零維的富勒稀、一維的碳纖維和碳納米管、二維的石墨稀以及石墨稀微片和石墨等。在高分子材料改性過程中，碳材料在高分子材料的分散均勻性對材料的性能提高起到了關鍵的作用，碳材料填料的均勻分散才能在高分子材料中實現三維導電網絡、三維導熱網絡的形成。
[0003]對碳材料進行功能化改性是提高碳材料在高分子材料基體中分布的一種有效的方法，對碳材料改性包括采用硅烷偶聯劑、烷基胺、芳香胺等原料。這些材料中的羥基和氨基能夠有效的與碳材料上少量的含氧基團結合，從而作為碳材料和高分子材料的相容劑。
[0004]對于碳材料功能化后的干燥方法主要有真空干燥法、空氣干燥法和冷凍干燥法等，在真空或空氣中干燥會使得到的產品團聚現象較為嚴重，造成碳材料在高分子材料難以均勻分散，填料的添加量會有較大的增加。利用冷凍干燥法干燥功能化后的碳材料時，雖然產品的團聚現象有所改善，但生產一批產品的周期太長，耗能很大且不能連續化生產。為了實現碳材料的有效功能化以利于其在高分子材料中均勾分散，有必要提供一種高效、節能的干燥方法。噴霧干燥法可以實現醇水體系碳材料分散液的有效、大規模干燥，產品功能化均勻并且不會造成石墨烯片層的團聚。中國發明專利CN 104556007A和CN 104556008A介紹了一種利用噴霧干燥連續化制備石墨烯的方法，中國發明專利CN 103928680A則介紹了利用噴霧干燥設備制備磷酸錳鋰/石墨烯復合材料，上述三個發明專利得到的產品的分散均勻度及純度、質量，雖然得到了一定的提高，但我們利用噴霧干燥設備對功能化碳材料進行干燥得到的產品分散性、純度和質量更高，并且干燥效率較其它干燥方式要高。
【發明內容】
[0005]為了解決上述問題，本發明涉及到一種功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法，采用噴霧干燥法來干燥功能化的碳材料，得到了改性碳材料分散均勻、純度高、質量好。
[0006]為實現上述目的，本發明的具體技術方案為:
一種功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法，包括如下反應步驟:
A、室溫下，將胺類、脂類或硅烷偶聯劑類功能化試劑分散于質量分數為90?95%的醇類溶劑中，超聲0.2?I個小時，得到濃度為5?20 mg/mL的分散液。目的是讓上述功能化試劑進行水解，進而利于下一步對碳材料進行功能化。
[0007]B、在20?100 °(:下，將碳材料加入到A步驟得到的分散液中，在100?400 W的超聲輔助下，超聲分散0.2?2個小時，得到功能化的碳材料分散液。
[0008]C、最后由B步驟得到的功能化的碳材料分散液經由蠕動栗進液口連續進料，將噴霧干燥設備連接蠕動栗進液口，在80?150 °(:下，利用噴霧干燥設備制備出功能化的碳材料粉體。采用噴霧干燥設備較冷凍干燥和高溫烘箱干燥具有功率低、干燥效率高的特點。
[0009]優選的，胺類、脂類或硅烷偶聯劑類試劑在醇類溶劑中的濃度為5?20mg/mL，碳材料與胺類、脂類或硅烷偶聯劑類試劑的比例為0.1?1:10。這樣的濃度下有利于胺類、月旨類或硅烷偶聯劑類試劑在醇類溶劑中充分水解，進而在0.1?1:10比例下有助于碳材料完全功能化。
[0010]優選的，所選功能化試劑為十六胺、十八胺、二苯基二甲基異氰酸酯、對苯二胺或硅烷偶聯劑KH550、KH560、KH570、KH580中的一種或兩種以上。
[0011]優選的，碳材料為零維的富勒烯、一維的碳纖維和碳納米管、二維的薄層石墨烯粉體及三維石墨烯微片中的一種或兩種以上。
[0012]優選的，醇類溶劑為甲醇或乙醇或異丙醇中的一種。
[0013]優選的，噴霧干燥時的溫度為80?150°C，進料速率為5?20rpm。
[0014]本發明的有益之處在于，采用噴霧干燥法來干燥功能化的碳材料，得到的改性碳材料分散均勻、純度高、質量好，噴霧干燥設備連接蠕動栗進液口，進料連續，能夠連續化生產。
【附圖說明】
[0015]圖1是石墨烯功能化的FT-1R圖；
圖2是石墨烯微片功能化的FT-1R圖。
【具體實施方式】
[0016]以下結合附圖通過優選實施例來進一步幫助本行業技術人員來理解本發明，但不限制本發明的修改和突破，在不脫離本發明的前提下做任何修改都屬于本發明的保護范圍之內。
[0017]實施例1:將0.lg的KH550加入到20 mL的95wt°/c^乙醇中(濃度為5mg/mL)，攪拌均勻。向醇體系中加入10 g的二維石墨烯粉體，400 W超聲I個小時。接著將分散液通入噴霧干燥設備中干燥，干燥溫度為80 °C，婦動栗轉速(S卩進料速率)為15rpm。得到功能化石墨稀粉體，FT-1R如圖1所示，波數為3410cm—1處左右的峰代表羥基的吸收峰，2945cm—1處和2850011+1處的峰代表甲基和亞甲基的吸收峰，1680cm—1處的吸收峰代表羰基的吸收峰，1480cm—1處代表石墨烯環上碳碳雙鍵的振動峰，最主要的是1180cm—1處的峰為S1-O-C的吸收峰，代表了硅烷偶聯劑對碳材料進行了功能化。
[0018]實施例2:將Ig的KH580加入到50 mL的95wt°/c^乙醇中(濃度為20 mg/mL)，攪拌均勻。向醇體系中加入10 g的二維石墨烯粉體，400 W超聲I個小時。接著將分散液通入噴霧干燥設備中干燥，干燥溫度為100 0C，婦動栗轉速為15rpm。得到功能化二維石墨稀粉體。
[0019]實施例3:將0.lg的KH550加入到20 mL的95wt°/c^乙醇中(濃度為5 mg/mL)，攪拌均勻。向醇體系中加入10 g的三維石墨烯微片，400 W超聲I個小時。接著將分散液通入噴霧干燥設備中干燥，干燥溫度為80 0C，婦動栗轉速為15rpm。得到功能化三維石墨稀微片。
[0020]實施例4:將Ig的KH580加入到50 mL的95wt°/c^乙醇中(濃度為20 mg/mL)，攪拌均勻。向醇體系中加入10 g的三維石墨烯微片，400 W超聲I個小時。接著將分散液通入噴霧干燥設備中干燥，干燥溫度為100 °c，蠕動栗轉速為15rpm。得到三維石墨烯微片粉體。FT-1R如圖2所示，波數為3400cm—1處左右的峰代表羥基的吸收峰，2950cm—1處和2850cm—1處的峰代表甲基和亞甲基的吸收峰，1650cm—1處的吸收峰代表羰基的吸收峰，1450cm—1處代表石墨烯環上碳碳雙鍵的振動峰，最主要的是1160cm—1處的峰為S1-O-C的吸收峰，代表了硅烷偶聯劑對碳材料進行了功能化。
【主權項】
1.一種功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法，其特征在于，包括如下反應步驟: A、室溫下，將胺類、脂類或硅烷偶聯劑類功能化試劑分散于質量分數為90?95%的醇類溶劑中，超聲0.2?I個小時，得到濃度為5?20 mg/mL的分散液； B、在20?100°(:下，將碳材料加入到A步驟得到的分散液中，在100?400 W的超聲輔助下，超聲分散0.2?2個小時，得到功能化的碳材料分散液； C、最后由B步驟得到的功能化的碳材料分散液經由蠕動栗進液口連續進料，將噴霧干燥設備連接蠕動栗進液口，在80?150 °(:下，利用噴霧干燥設備制備出功能化的碳材料粉體。2.如權利要求書I所述的功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法，其特征在于，胺類、脂類或硅烷偶聯劑類試劑在醇類溶劑中的濃度為5?20 mg/mL，碳材料與胺類、脂類或硅烷偶聯劑類試劑的比例為0.1?1:10。3.如權利要求2所述的功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法，其特征在于，功能化試劑為十六胺、十八胺、二苯基二甲基異氰酸酯、對苯二胺或硅烷偶聯劑KH550、KH560、KH570、KH580中的一種或兩種以上。4.如權利要求書3所述的一種功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法，其特征在于，碳材料為零維的富勒烯、一維的碳纖維和碳納米管、二維的薄層石墨烯粉體及三維石墨烯微片中的一種或兩種以上。5.如權利要求4所述的功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法，其特征在于，醇類溶劑為甲醇或乙醇或異丙醇中的一種。6.如權利要求書I至5任一項所述的功能化碳材料的噴霧干燥輔助制備方法，其特征在于，噴霧干燥溫度為80?150°C，進料速率為5?20rpm。
【文檔編號】C01B31/04GK105883788SQ201610245944
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】李修兵, 賈革文, 莫劍臣, 李韋韋
【申請人】江蘇長海復合材料股份有限公司, 江南石墨烯研究院