论文摘要
纳米石墨片不仅具有优良的导电、导热性能,独特的二维纳米结构,而且价廉、易生产,因此成为替代碳纳米管的理想的导电导热填料。但是由于纳米石墨片层间范德华引力很强(2 ev·nm-2),在实际的应用过程中导致其在基体中,尤其是液相介质中不易分散,因而成为影响其应用的主要因素。本文以膨胀石墨为原料,在超声和球磨分散工艺中引入了高分子量的分散剂和/或树脂制备了液相（包括油相和水相）稳定分散的纳米石墨片,分别考察了分散工艺、分散剂和/或树脂以及表面改性等对纳米石墨片分散液稳定性的影响,在此基础上初步探讨了纳米石墨片在液相体系中的分散机理,为纳米石墨片的实际应用提供有意义的理论指导。首先我们以乙二醇丁醚醋酸酯为分散介质,加入高分子分散剂Disperbyk-163,以及高分子量的氯醋树脂VYHH,通过超声分散工艺制备了纳米石墨片在油性介质中的稳定分散液。所得纳米石墨片稳定分散液的最高浓度可达0.67 mg·mL-1,放置半年后仍然能够稳定存在,没有沉淀产生。研究发现高分子分散剂和树脂均对纳米石墨片的稳定分散有重要的影响。高分子分散剂Disperbyk-163通过胺基与纳米石墨片表面的含氧官能团形成强的氢键锚接,而分散剂溶剂化链伸展到溶剂中,形成紧密的吸附层,提高纳米石墨的润湿性,促进超声作用下纳米石墨片的破碎;而树脂则通过与高分子分散剂溶剂化端的范德华作用,松散的吸附在纳米石墨片表面,形成厚的溶胀的聚合物层,提供足够的空间位阻,阻止破碎后的纳米石墨片絮凝。其次我们以聚合物电解质型分散剂J-68为分散剂,通过球磨工艺制备了纳米石墨片的水性稳定分散液。所得纳米石墨片水性稳定分散液的最高浓度可达2.5 mg·mL-1。研究发现在水性介质中纳米石墨片在空间位阻斥力和电斥力共同作用下达到稳定分散。一方面可以通过调节体系的pH值来增大纳米石墨片的表面ζ电位,进而提高电斥力使纳米石墨片稳定分散;另一方面可以通过对纳米石墨片进行表面改性,引入酸性官能团,不仅增加纳米石墨片在水中的浸润性,而且酸性官能团解离后能提供更多的表面电荷,从而提高纳米石墨片的电斥力,促进其稳定分散。