[發明專利]基于石墨烯氣凝膠骨架調控PMMA結構復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010760013.4
• 申請日: 2020-07-31
• 公開（公告）號: CN111925536A
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 熊軍;秦顯營;羅丹
• 申請（專利權）人: 深圳石墨烯創新中心有限公司
• 主分類號: C08J5/00
• 分類號: C08J5/00;C08L33/12;C08K7/24;C01B32/184
• 代理公司: 北京知呱呱知識產權代理有限公司 11577
• 代理人: 杜立軍

本發明實施例公開了一種基于石墨烯氣凝膠骨架調控PMMA結構復合材料的制備方法，所述制備方法包括采用PMMA預聚物浸潤石墨烯氣凝膠，然后對所述PMMA預聚物進行原位聚合制備石墨烯氣凝膠/PMMA復合材料的步驟。本發明通過石墨烯氣凝膠的制備，實現預構筑石墨烯三維網絡和孔洞結構，然后通過PMMA預聚物浸潤，并在一定形狀模具中成型，制備出PMMA/石墨烯復合材料，該復合材料具有較好的導電導熱性能，并能有效提高石墨烯性能利用率。

技術領域

本發明涉及復合材料制備技術領域，具體涉及一種基于石墨烯氣凝膠骨架調控PMMA結構復合材料的制備方法。

背景技術

石墨烯以其優異的性能，被廣泛應用于聚合物增強、導電導熱等方面。近年來，圍繞石墨烯/聚合物復合材料研究的公司及研發機構不斷增多，特別是一些企業迫切需要利用石墨烯優異的導熱散熱能力來改善聚合物的導熱散熱性能。常用的聚合物/石墨烯復合材料的制備方法包括機械共混法、溶液共混法、乳液共混法等。機械共混法制備石墨烯/聚合物復合材料工藝和操作簡單，易于大規模工業生產，但由于石墨烯片層存在范德華力，在聚合物基體中易團聚，導致石墨烯在聚合物基體中利用率下降，進而影響石墨烯/聚合物復合材料的性能；溶液共混法或乳液共混法能有效改善石墨烯在聚合物基體中的分散性，但在復合材料制備過程，會產生大量廢液(有機溶劑或攜帶聚合物單體的溶液等)，不利于復合材料的大規模生產。

石墨烯氣凝膠是一類新型碳基體相材料，它通常具有三維微納結構，制備簡單，且石墨烯氣凝膠孔洞結構分散均勻，利于石墨烯/聚合物復合材料的制備。石墨烯氣凝膠的優勢在于優異的導電性，較高超彈性，大比表面積，親油防火，超高孔隙率等一系列性能，其最大的意義在于實現了石墨烯的三維結構并賦予它一系列優異的性能。石墨烯/聚合物復合材料的導電導熱性能基于石墨烯在聚合物基體中形成有效的三維立體網絡，有利于形成導電通路或有利于熱以聲子或遠紅外的形式傳播。實際制備石墨烯/聚合物復合材料時，石墨烯在聚合物基體中難以形成均勻、結構完整的三維結構，對復合材料性能提高有較大影響。

目前，石墨烯/PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)復合材料的制備方法主要包括：原位合成法、直接共混法以及石墨烯功能化原位合成等，這些方法都依賴于石墨烯在PMMA基體中的分散。而無論石墨烯或氧化石墨烯，在PMMA基體中都會存在因范德華力或氫鍵作用而團聚，在添加量極少的情況下，難以形成良好導電或導熱網絡，進而影響復合材料導電導熱性能。有少部分研究集中在石墨烯氣凝膠，采用PMMA熔體或溶液浸潤的方法制備PMMA/石墨烯復合材料，復合材料的導電導熱性能雖有提高，但石墨烯氣凝膠孔洞的石墨烯面與聚合物基體本身界面結合力較弱，另外聚合物一般分子量較高，不能充分浸潤石墨烯氣凝膠，在外力作用下，極易脫落，影響復合材料的力學性能及使用壽命。

發明內容

本發明實施例的目的在于提供一種基于石墨烯氣凝膠骨架調控PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)結構復合材料的制備方法，該方法能夠促進石墨烯在PMMA基體中形成完整、孔洞均勻的三維網絡。具體來說，通過石墨烯氣凝膠的制備，實現預構筑石墨烯三維網絡和孔洞結構，然后通過PMMA預聚物浸潤，并在一定形狀模具中成型，制備出PMMA/石墨烯復合材料，該復合材料具有較好的導電導熱性能，并能有效提高石墨烯性能利用率。

為實現上述目的，本發明實施例的一個方面提供一種基于石墨烯氣凝膠骨架調控PMMA結構復合材料的制備方法，所述制備方法包括采用PMMA預聚物浸潤石墨烯氣凝膠，然后對所述PMMA預聚物進行原位聚合制備石墨烯氣凝膠/PMMA復合材料的步驟。采用原位本體法制備石墨烯/聚合物復合材料能夠有效解決聚合物浸潤不充分及石墨烯與聚合物界面作用力較低的問題。

進一步地，所述制備方法包括下列步驟：

(1)氧化石墨烯的制備；

(2)石墨烯氣凝膠的制備；

(3)PMMA預聚物的制備；以及

(4)石墨烯氣凝膠/PMMA復合材料的制備。