[发明专利]纳米材料/聚合物复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了纳米材料/聚合物复合材料及其制备方法，该制备纳米材料/聚合物复合材料的方法包括：利用第一溶剂溶解聚合物，得到第一混合液；利用第一混合液或第二溶剂分散纳米材料；将含有聚合物的第一液体和含有第二溶剂的第二液体混合，得到纳米材料/聚合物复合材料；其中，第一溶剂和第二溶剂互溶，且在相同条件下，聚合物在第一溶剂中的溶解度大于聚合物在第二溶剂中的溶解度。该方法操作步骤简单，方便，且制备过程中溶剂易于去除，得到的复合材料中纳米材料分散效果较佳，且复合材料具有理想的导热和导电性能。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及纳米材料/聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

纳米材料/聚合物复合材料是通过特定的分散技术，将纳米材料均匀分散在聚合物基体中制得的。通过纳米材料的均匀分散和复合技术，可以使纳米材料/聚合物复合材料的导电、导热、阻燃、气体阻隔、力学强度等性能大幅提升。但是，由于纳米材料的比表面积巨大，且纳米材料之间存在固有的范德华力，非常容易团聚。因此，将纳米材料在聚合物基体中均匀分散是制备高性能的纳米材料/聚合物复合材料的关键技术。

目前纳米材料/聚合物复合材料的制备方法常用的有三种：原位复合法、溶液复合法、熔融共混法。

原位复合法是将纳米材料均匀分散到原料单体中，并尽量使纳米材料均匀分散在单体溶液中，然后再加入引发剂引发原料单体发生聚合反应，得到纳米材料/聚合物复合材料。这种方法的优点是纳米材料的分散较均匀，不足之处在于，聚合反应过程较难控制，纳米材料的加入使反应体系的粘度、压力、传热、反应速率、副反应等因素发明显变化，导致聚合度下降、分子量变小、分子量分布变宽、聚合物溶剂去除困难等，工业化难度较高，不适合大规模工业化应用推广。

溶液共混法是将纳米材料分散在聚合物溶液中，通过搅拌或超声等方式，使其均匀分散，然后再将溶剂去除的一种工艺方法。该方法的优点在于能够使纳米材料分散均匀，难点在于溶剂的去除及成本控制，另外还需防止溶剂去除过程中的纳米材料出现团聚和相分离的问题。

熔融共混法是工业化生产改性聚合物材料的常用方法，具有工艺流程简单和成本低的优点，但是其分散效果一般，特别是针对石墨烯这种二维纳米材料。较差的分散，增加了纳米材料的添加量，降低了聚合物的韧性。

因而，目前制备纳米材料/聚合物复合材料的相关工艺仍有待改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种纳米材料分散效果好、溶剂回收工艺简单或者成本低的制备纳米材料/聚合物复合材料的方法。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种制备纳米材料/聚合物复合材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：利用第一溶剂溶解聚合物，得到第一混合液；利用所述第一混合液或第二溶剂分散纳米材料；将含有所述聚合物的第一液体和含有所述第二溶剂的第二液体混合，得到纳米材料/聚合物复合材料；其中，所述第一溶剂和所述第二溶剂互溶，且在相同条件下，所述聚合物在所述第一溶剂中的溶解度大于所述聚合物在所述第二溶剂中的溶解度。该方法操作步骤简单，方便，且制备过程中溶剂易于去除，得到的复合材料中纳米材料的分散效果较佳，且复合材料具有理想的导热、导电和力学性能等。

根据本发明的实施例，所述聚合物包括聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己内酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、聚氨酯和聚氯乙烯中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述纳米材料包括石墨烯、碳纳米管、纳米氮化硼、纳米氧化铝和纳米氧化钛中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述第一溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、丙酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、甲酸、甲苯、二甲苯和氯苯中的至少一种。

根据本发明的实施例，所述第二溶剂包括乙醇、甲醇、石油醚、乙醚、丙酮和去离子水中的至少一种。