[發(fā)明專利]石墨烯復合材料

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410395850.6
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN105295327A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 吳以舜;謝承佑;陳靜茹;謝淑玲
• 申請（專利權）人: 安炬科技股份有限公司
• 主分類號: C08L69/00
• 分類號: C08L69/00;C08L23/08;C08L77/02;C08L75/04;C08K13/06;C08K9/06;C08K3/04
• 代理公司: 北京華夏博通專利事務所(普通合伙) 11264
• 代理人: 劉俊

技術領域

本發(fā)明有關于一種石墨烯復合材料，尤其是利用具有表面改質層的奈米石墨烯片以改善與填充劑、母體樹脂之間的兼容性，進而能均勻混合并提高界面結合強度形成一高性能的復合材料。

背景技術

如眾所周知，石墨烯(graphene)是以sp²混成軌域組成六角形蜂巢排列的二維晶體，厚度0.335nm，僅一個碳原子直徑，是目前世上最薄也是最堅硬的材料，尤其是同時擁有杰出的導電與導熱性質，其中機械強度可遠高于鋼鐵百倍，而比重卻僅約鋼鐵的四分之一。因此，石墨烯是提升復合材料特性的極佳選擇之一。

然而，石墨烯本質上非常容易聚集堆棧，因此，為得到高均勻性且層少數(shù)的石墨烯粉體，且能避免石墨烯薄片彼此不均勻地堆棧的現(xiàn)象，一直以來都是石墨烯在實際應用上最急需解決的主要技術困難點。

高分子材料具有廣泛應用性，但隨著科技快速發(fā)展，對材料性質的要求日趨嚴格。傳統(tǒng)的單一高分子材料已無法滿足工業(yè)與科技業(yè)對材料同時在機械性、化學穩(wěn)定性、耐候性與導熱、導電性的需求。以工程塑料的尼龍為例，雖然本身具有優(yōu)異的機械強度、耐磨耗與耐熱性等，但是吸濕性大、耐酸性差，尤其是容易氧化、變質，甚至造成分子鏈的斷裂。因此，高分子材料在實際應用領域上相當受限。

在一般現(xiàn)有技術中，為改善高分子的性能，可藉結合塑料高分子與奈米材料以形成奈米復合材料，進而減輕重量，改善加工性，提高機械強度，比如耐沖擊力。目前，奈米復合材料已廣泛的應用于汽車、航天、信息、醫(yī)藥等工業(yè)，或甚至產(chǎn)生新性能，藉以拓展材料應用領域，滿足未來科技發(fā)展對材料性能的需求。

在中國專利CN103194059A中，揭露一種低成本低添加導電尼龍6的復合材料，主要是將石墨烯、導電碳黑與尼龍6在高速混合機均勻混合后，使用雙螺桿擠出機擠出而造粒，或直接采用分段式饋料雙螺桿擠出機，得到低成本低添加導電尼龍6復合材料。雖然此制程所得復合材料較原尼龍6具更優(yōu)異的導電性質，但是此制程僅在中低黏度尼龍6適用，若使用于高黏度或其它與石墨烯親和力較差的高分子，則無法在此制程中將石墨烯均勻分散于基料高分子中。

在另一中國專利CN102321379B中，則是揭露一種導電性石墨烯/聚合物復合材料，通過溶液共混或機械共混的方法制備導電性石墨烯/聚合物復合材料。此外，中國專利CN102850543A中，將經(jīng)噴霧干燥得到石墨烯微球與液態(tài)導電聚合物單體混合、浸潤，在與含有氧化劑的酸溶液混合，進行聚合反應，經(jīng)還原處理后得到石墨烯/導電聚合物復合材料，此法雖然可得到均勻分散的石墨烯/導電聚合物復合材料，但需在單體合成聚合物時即加入石墨烯，在制程應用上缺乏彈性，不利于產(chǎn)業(yè)利用性。

美國專利US20120301707A1所揭示的一種石墨烯聚合物復合材料，其制作方式是將石墨烯或官能基化石墨烯利用黏結劑黏附至高分子基材，并以保護層覆蓋于所述石墨烯或官能基化石墨烯；另一方式則是將分散于液體載體的石墨烯或官能基化石墨烯漿料涂布成膜。然而此方法僅在對象表面覆蓋一石墨烯層，改變對象表面特性，而非與對象均勻混合改變整體特性。

因此，需要一種石墨烯復合材料，利用石墨烯上改質表面的官能基改善與填充劑、塑料高分子之間的兼容性，進而能均勻混合并提高界面結合強度形成一高性能的復合材料，有效提升復合材料的機械強度與導熱導電特性，藉以解決上述現(xiàn)有技術的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種石墨烯復合材料，包括母體樹脂、填充劑及奈米石墨烯片，其中奈米石墨烯片具有表面改質層，由表面改質劑而形成，并由表面改質層的親水性及親油性官能基，使得奈米石墨烯片能與填充劑及母體樹脂產(chǎn)生化學鍵結，大幅改善界面結合強度。此外，利用具有表面改質層的奈米石墨烯片以改善與導電碳黑、母體樹脂之間的兼容性，使所述表面改質的石墨烯奈米片均勻分散于母體樹脂中，且所述石墨烯奈米片之間可透過導電碳黑而相互接觸連接，進而實現(xiàn)高性能的復合材料。

較佳的，填充劑的粒徑與石墨烯奈米片厚度的比值介于2-1000之間。