一种功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法。制备时，首先将胺类、脂类或硅烷偶联剂类试剂中的一种分散于质量分数为90～95%的醇类溶剂中，室温下超声0.5～1个小时，接着在超声辅助下将碳材料中的一种加入到醇体系中，超声分散0.2～2个小时，最后利用喷雾干燥设备干燥得到功能化的碳材料粉体。本发明产品分散均匀、纯度高和质量好，喷雾干燥设备接有蠕动泵进液口，进料连续，比冷冻干燥和烘箱干燥效率高。
【专利说明】
一种功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法，属于无机精细化工技术领域。
【背景技术】
[0002]碳材料由于其优越的导电、导热、阻燃、力学性能而广泛应用于高分子材料改性中，包括抗静电塑料、导热塑料、导电油墨、力学增强橡胶等领域。碳材料包括零维的富勒稀、一维的碳纤维和碳纳米管、二维的石墨稀以及石墨稀微片和石墨等。在高分子材料改性过程中，碳材料在高分子材料的分散均匀性对材料的性能提高起到了关键的作用，碳材料填料的均匀分散才能在高分子材料中实现三维导电网络、三维导热网络的形成。
[0003]对碳材料进行功能化改性是提高碳材料在高分子材料基体中分布的一种有效的方法，对碳材料改性包括采用硅烷偶联剂、烷基胺、芳香胺等原料。这些材料中的羟基和氨基能够有效的与碳材料上少量的含氧基团结合，从而作为碳材料和高分子材料的相容剂。
[0004]对于碳材料功能化后的干燥方法主要有真空干燥法、空气干燥法和冷冻干燥法等，在真空或空气中干燥会使得到的产品团聚现象较为严重，造成碳材料在高分子材料难以均匀分散，填料的添加量会有较大的增加。利用冷冻干燥法干燥功能化后的碳材料时，虽然产品的团聚现象有所改善，但生产一批产品的周期太长，耗能很大且不能连续化生产。为了实现碳材料的有效功能化以利于其在高分子材料中均勾分散，有必要提供一种高效、节能的干燥方法。喷雾干燥法可以实现醇水体系碳材料分散液的有效、大规模干燥，产品功能化均匀并且不会造成石墨烯片层的团聚。中国发明专利CN 104556007A和CN 104556008A介绍了一种利用喷雾干燥连续化制备石墨烯的方法，中国发明专利CN 103928680A则介绍了利用喷雾干燥设备制备磷酸锰锂/石墨烯复合材料，上述三个发明专利得到的产品的分散均匀度及纯度、质量，虽然得到了一定的提高，但我们利用喷雾干燥设备对功能化碳材料进行干燥得到的产品分散性、纯度和质量更高，并且干燥效率较其它干燥方式要高。
【发明内容】
[0005]为了解决上述问题，本发明涉及到一种功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法，采用喷雾干燥法来干燥功能化的碳材料，得到了改性碳材料分散均匀、纯度高、质量好。
[0006]为实现上述目的，本发明的具体技术方案为:
一种功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法，包括如下反应步骤:
A、室温下，将胺类、脂类或硅烷偶联剂类功能化试剂分散于质量分数为90?95%的醇类溶剂中，超声0.2?I个小时，得到浓度为5?20 mg/mL的分散液。目的是让上述功能化试剂进行水解，进而利于下一步对碳材料进行功能化。
[0007]B、在20?100 °(:下，将碳材料加入到A步骤得到的分散液中，在100?400 W的超声辅助下，超声分散0.2?2个小时，得到功能化的碳材料分散液。
[0008]C、最后由B步骤得到的功能化的碳材料分散液经由蠕动栗进液口连续进料，将喷雾干燥设备连接蠕动栗进液口，在80?150 °(:下，利用喷雾干燥设备制备出功能化的碳材料粉体。采用喷雾干燥设备较冷冻干燥和高温烘箱干燥具有功率低、干燥效率高的特点。
[0009]优选的，胺类、脂类或硅烷偶联剂类试剂在醇类溶剂中的浓度为5?20mg/mL，碳材料与胺类、脂类或硅烷偶联剂类试剂的比例为0.1?1:10。这样的浓度下有利于胺类、月旨类或硅烷偶联剂类试剂在醇类溶剂中充分水解，进而在0.1?1:10比例下有助于碳材料完全功能化。
[0010]优选的，所选功能化试剂为十六胺、十八胺、二苯基二甲基异氰酸酯、对苯二胺或硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570、KH580中的一种或两种以上。
[0011]优选的，碳材料为零维的富勒烯、一维的碳纤维和碳纳米管、二维的薄层石墨烯粉体及三维石墨烯微片中的一种或两种以上。
[0012]优选的，醇类溶剂为甲醇或乙醇或异丙醇中的一种。
[0013]优选的，喷雾干燥时的温度为80?150°C，进料速率为5?20rpm。
[0014]本发明的有益之处在于，采用喷雾干燥法来干燥功能化的碳材料，得到的改性碳材料分散均匀、纯度高、质量好，喷雾干燥设备连接蠕动栗进液口，进料连续，能够连续化生产。
【附图说明】
[0015]图1是石墨烯功能化的FT-1R图；
图2是石墨烯微片功能化的FT-1R图。
【具体实施方式】
[0016]以下结合附图通过优选实施例来进一步帮助本行业技术人员来理解本发明，但不限制本发明的修改和突破，在不脱离本发明的前提下做任何修改都属于本发明的保护范围之内。
[0017]实施例1:将0.lg的KH550加入到20 mL的95wt°/c^乙醇中(浓度为5mg/mL)，搅拌均匀。向醇体系中加入10 g的二维石墨烯粉体，400 W超声I个小时。接着将分散液通入喷雾干燥设备中干燥，干燥温度为80 °C，婦动栗转速(S卩进料速率)为15rpm。得到功能化石墨稀粉体，FT-1R如图1所示，波数为3410cm—1处左右的峰代表羟基的吸收峰，2945cm—1处和2850011+1处的峰代表甲基和亚甲基的吸收峰，1680cm—1处的吸收峰代表羰基的吸收峰，1480cm—1处代表石墨烯环上碳碳双键的振动峰，最主要的是1180cm—1处的峰为S1-O-C的吸收峰，代表了硅烷偶联剂对碳材料进行了功能化。
[0018]实施例2:将Ig的KH580加入到50 mL的95wt°/c^乙醇中(浓度为20 mg/mL)，搅拌均匀。向醇体系中加入10 g的二维石墨烯粉体，400 W超声I个小时。接着将分散液通入喷雾干燥设备中干燥，干燥温度为100 0C，婦动栗转速为15rpm。得到功能化二维石墨稀粉体。
[0019]实施例3:将0.lg的KH550加入到20 mL的95wt°/c^乙醇中(浓度为5 mg/mL)，搅拌均匀。向醇体系中加入10 g的三维石墨烯微片，400 W超声I个小时。接着将分散液通入喷雾干燥设备中干燥，干燥温度为80 0C，婦动栗转速为15rpm。得到功能化三维石墨稀微片。
[0020]实施例4:将Ig的KH580加入到50 mL的95wt°/c^乙醇中(浓度为20 mg/mL)，搅拌均匀。向醇体系中加入10 g的三维石墨烯微片，400 W超声I个小时。接着将分散液通入喷雾干燥设备中干燥，干燥温度为100 °c，蠕动栗转速为15rpm。得到三维石墨烯微片粉体。FT-1R如图2所示，波数为3400cm—1处左右的峰代表羟基的吸收峰，2950cm—1处和2850cm—1处的峰代表甲基和亚甲基的吸收峰，1650cm—1处的吸收峰代表羰基的吸收峰，1450cm—1处代表石墨烯环上碳碳双键的振动峰，最主要的是1160cm—1处的峰为S1-O-C的吸收峰，代表了硅烷偶联剂对碳材料进行了功能化。
【主权项】
1.一种功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法，其特征在于，包括如下反应步骤: A、室温下，将胺类、脂类或硅烷偶联剂类功能化试剂分散于质量分数为90?95%的醇类溶剂中，超声0.2?I个小时，得到浓度为5?20 mg/mL的分散液； B、在20?100°(:下，将碳材料加入到A步骤得到的分散液中，在100?400 W的超声辅助下，超声分散0.2?2个小时，得到功能化的碳材料分散液； C、最后由B步骤得到的功能化的碳材料分散液经由蠕动栗进液口连续进料，将喷雾干燥设备连接蠕动栗进液口，在80?150 °(:下，利用喷雾干燥设备制备出功能化的碳材料粉体。2.如权利要求书I所述的功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法，其特征在于，胺类、脂类或硅烷偶联剂类试剂在醇类溶剂中的浓度为5?20 mg/mL，碳材料与胺类、脂类或硅烷偶联剂类试剂的比例为0.1?1:10。3.如权利要求2所述的功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法，其特征在于，功能化试剂为十六胺、十八胺、二苯基二甲基异氰酸酯、对苯二胺或硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570、KH580中的一种或两种以上。4.如权利要求书3所述的一种功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法，其特征在于，碳材料为零维的富勒烯、一维的碳纤维和碳纳米管、二维的薄层石墨烯粉体及三维石墨烯微片中的一种或两种以上。5.如权利要求4所述的功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法，其特征在于，醇类溶剂为甲醇或乙醇或异丙醇中的一种。6.如权利要求书I至5任一项所述的功能化碳材料的喷雾干燥辅助制备方法，其特征在于，喷雾干燥温度为80?150°C，进料速率为5?20rpm。
【文档编号】C01B31/04GK105883788SQ201610245944
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月20日
【发明人】李修兵, 贾革文, 莫剑臣, 李韦韦
【申请人】江苏长海复合材料股份有限公司, 江南石墨烯研究院