[发明专利]一种纳米粒子/氧化石墨烯复合改性高分子材料及其制备

说明书

本发明属于高分子复合材料领域，具体为一种纳米粒子/氧化石墨烯复合改性高分子材料及其制备方法。所述复合材料是由纳米粒子/氧化石墨烯复合粒子和高分子聚合物基体组成；所述纳米粒子/氧化石墨烯复合粒子是采用静电自组装的方法合成的，即氨基修饰纳米粒子分散液电离带正电荷，而氧化石墨烯含大量羧基、羟基均电离带负电荷，使带正负电荷粒子充分接触作用，即得纳米粒子与氧化石墨烯静电自组装复合粒子。本发明制备的纳米粒子/氧化石墨烯复合改性高分子材料的力学和摩擦学性能优异，制备方法简单高效，在汽车、航空航天、电子电气、机械、兵器等领域具有良好应用前景。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体是一种纳米粒子/氧化石墨烯复合改性高分子材料及其制备。

背景技术

石墨烯不仅具有优异的化学和热稳定性，优越的电学、热学和力学性能以及超高的比表面积，而且还具有优异的摩擦学性能，由于石墨烯片层之间的剪切力很小，因此可作为高性能减摩润滑复合材料填料，在高分子复合材料领域具有广泛应用前景。利用石墨烯独特的二维结构，将纳米粒子附着在石墨烯纳米层表面，合成石墨烯基纳米复合材料，可以利用纳米粒子在摩擦过程中起到“滚动轴承”作用；并且，纳米粒子在石墨烯表面层能够承载更大载荷，并对磨损表面具有修复作用；此外，石墨烯容易官能化，经石墨烯负载的纳米粒子分散性能更佳。因此，将纳米粒子与石墨烯复合填充高分子材料，可发挥石墨烯和纳米粒子二者协同作用，能够制备耐磨减摩性能较单一纳米粒子或石墨烯填充更加优异的高分子复合材料，因此，受到国内外研究人员的广泛关注。

纳米粒子表面活性和表面能高，将其附着到石墨烯纳米层表面时很容易出现团聚现象，并且传统化学制备方法存在很多难题，如反应条件苛刻，设备成本高，过程复杂，后处理程序多，不易规模化生产，且纳米粒子易在石墨烯外层团聚，与高分子基体复合难以充分发挥纳米粒子和石墨烯二者协同作用，因此应用受到极大限制。本发明采用简单的静电自组装法制备纳米粒子表面涂覆氧化石墨烯纳米复合粒子，并借助湿法-干法混合将其用于模压改性高分子基体，所制备的高分子复合材料中石墨烯、纳米粒子分散均匀，二者充分发挥协同作用使复合材料力学以及摩擦学性能提升显著，制备方法简单，具有良好应用前景。

发明内容

本发明为了克服高分子材料的性能缺陷和不足，提供了一种纳米粒子/氧化石墨烯复合改性高分子材料及其制备。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种纳米粒子/氧化石墨烯复合改性高分子材料，所述纳米粒子/氧化石墨烯复合改性高分子材料是由静电自组装法制备的纳米粒子/氧化石墨烯复合粒子与高分子材料基体组成的；所述静电自组装法制备的纳米粒子/氧化石墨烯复合粒子是利用氨基化修饰的纳米粒子与自身带羧基和羟基的氧化石墨烯进行静电相互作用使纳米粒子附着于氧化石墨烯表面。

作为本发明复合改性高分子材料技术方案的进一步改进，所述纳米粒子为纳米二氧化硅纳米粒子、纳米二氧化锆纳米粒子、纳米三氧化二铝纳米粒子、纳米二氧化钛纳米粒子、纳米二硫化钼纳米粒子中的一种或多种以任意比例混合的混合纳米粒子。

作为本发明复合改性高分子材料技术方案的进一步改进，所述高分子材料基体为酚醛树脂、聚酰亚胺、环氧树脂、有机硅树脂、超高分子量聚乙烯、聚醚醚酮、聚苯硫醚中的一种或多种以任意比例混合的混合高分子材料基体。

作为本发明复合改性高分子材料技术方案的进一步改进，所述纳米粒子/氧化石墨烯复合粒子中纳米粒子与氧化石墨烯的质量比为30:1～70:1。

作为本发明复合改性高分子材料技术方案的进一步改进，所述纳米粒子/氧化石墨烯复合粒子在高分子复合改性材料中的含量为0.1～10wt％。