[發(fā)明專利]石墨烯改性復合材料及其制備方法和應用

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• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111073116A
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發(fā)明（設計）人: 朱亞坤;翟樂;段春麗;王肖;徐歡;李金來
• 申請（專利權(quán)）人: 新奧（內(nèi)蒙古）石墨烯材料有限公司
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08L53/02;C08L23/08;C08K9/10;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/04;C08K5/20;C08K7/24;C08K13/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 肖陽

本發(fā)明公開了石墨烯改性復合材料及其制備方法和應用。其中，制備石墨烯改性復合材料的方法包括：(1)將石墨烯、填料、包覆劑、表面處理劑、分散劑和抗氧劑進行混合處理，以便得到混合填料；(2)將所述混合填料與第一聚合物基體混合并進行第一熔融共混，以便得到復合材料前驅(qū)體；(3)對所述復合材料前驅(qū)體進行第二熔融共混，以便得到所述石墨烯改性復合材料。該方法可以顯著改善石墨烯在聚合物基體中混合分散的效果、提高石墨烯在復合材料中的填充比例，并使石墨烯與其它填料在復合材料基體中能夠形成完善的網(wǎng)絡體系，從而能夠顯著提高石墨烯改性復合材料的導熱性能、阻氧效果和抗壓性能。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于碳納米復合材料技術(shù)領域，具體而言，涉及石墨烯改性復合材料及其制備方法和應用。

背景技術(shù)

在冬季采暖的形式上，地面輻射采暖是一種兼具經(jīng)濟性和舒適性的采暖方式，因其地表溫度均勻，溫度由下而上逐漸遞減，體感舒適，符合人體要求的熱環(huán)境。地面輻射采暖在國內(nèi)的大中城市得到普遍認可，廣泛應用于家庭、醫(yī)院、學校、辦公樓等格各種場所。地暖管是地面輻射采用的重要散熱部件，其導熱性能直接影響熱源利用效率和室內(nèi)采暖效果。目前地暖管以耐熱聚乙烯(PE-RT)管為主，導熱系數(shù)僅為0.2～0.3W/m·K，導致供暖效率低。不僅如此，普通地暖管在系統(tǒng)運行時，系統(tǒng)中的含氧量比較高，這是由于在管材受熱后，分子間的距離變大，氧分子很容易進入到管道系統(tǒng)，導致管材內(nèi)熱水含氧量較高，最終使系統(tǒng)中含氧量提高，管內(nèi)易滋生細菌和微生物，長期使用會堵塞管路，造成熱水流通能力下降，大大影響管材的使用性能。因此，美國、歐洲和澳大利亞均強制要求在地板采暖工程中采用防滲氧的加熱塑料管道(如德國實施塑料管材的應用標準DIN4726)。而國內(nèi)也逐漸意識到管材阻氧的重要性，業(yè)內(nèi)專家都認為阻氧型管材的推廣應用勢在必行，并在塑料管材的相關標準中對管材的阻氧性能提出要求：北京市于2000年頒布的地板輻射采暖工程的地方規(guī)程中，就提及了對管材阻氧的要求；在2002年頒布的PE-RT管行業(yè)標準(CJ/T 175-2002)8.4中，明確規(guī)定了透氧率在40℃的溫度下應不超過0.10g/(m³·d)；在2004年頒布實施的行業(yè)標準《地面輻射供暖技術(shù)規(guī)程》(JGJ 142-2004)中也提出了對阻氧型管材的要求。阻氧型管材是未來塑料管材的方向，尤其在采暖系統(tǒng)中應用，阻氧管材的優(yōu)越性體現(xiàn)的更為明顯。

另外，石墨烯以其良好的熱傳導性能及二維片層結(jié)構(gòu)被人們所熟知，因此其在導熱散熱及阻隔氧等領域展現(xiàn)出良好的應用前景，但是石墨烯在應用過程中依然存在較大的困難：石墨烯層與層之間的相互作用力較大、團聚較為嚴重，難以在樹脂基體中獲得有效的剝離和均勻的分散。目前，有將管材置入石墨烯膠液中浸泡，再噴上一層混合液干燥后得到阻氧管材，該管材的阻氧性能較好，但是在制備工藝上非常復雜，使用材料種類多，石墨烯膠液需要經(jīng)過長達300h的超聲剝離和分散，因此不適合進行工業(yè)化大批量生產(chǎn)；還有通過形成內(nèi)層、外層、粘接膠層和阻氧層結(jié)構(gòu)來提高地暖管的導熱系數(shù)和阻氧效果，但該方法使用五層阻氧，不僅在成本上較高，而且工藝制備上較為復雜，同時使用了丙酮、氯仿、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或甲苯等有機溶劑，對生產(chǎn)環(huán)境和人體健康也不利。

因此，開發(fā)新型導熱阻氧復合材料已經(jīng)成為高性能地暖管材發(fā)展的重要方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出石墨烯改性復合材料及其制備方法和應用。該制備石墨烯改性復合材料的方法可以顯著改善石墨烯在聚合物基體中混合分散的效果、提高石墨烯在復合材料中的填充比例，并使石墨烯與其它填料在復合材料基體中能夠形成完善的網(wǎng)絡體系，從而能夠顯著提高石墨烯改性復合材料的導熱性能、阻氧效果和抗壓性能。

本發(fā)明是發(fā)明人基于以下問題提出的：