[发明专利]一种石墨烯包覆树脂颗粒的复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯包覆树脂颗粒的复合材料及其制备方法和应用，属于新材料及其应用技术领域。以石墨烯水系分散液与吸水树脂作为原料,利用吸水树脂吸水体积膨胀，干燥体积收缩的特点，通过简单的工艺步骤制备出粒径可控的石墨烯包覆树脂颗粒复合材料。所制备复合材料颗粒石墨烯均匀紧密的包覆于树脂基体表面，形成完整稳定的壳层结构。由于石墨烯自身优异的导电、导热性能，此种石墨烯包覆树脂颗粒材料可作为导热、导电填料应用于导热、导电及电磁屏蔽复合高分子材料的制备。

技术领域

本发明涉及新材料及其应用技术领域，具体涉及一种石墨烯包覆树脂颗粒的复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科技的发展，导热、导电高分子复合材料在各个领域获得了越来越广泛的应用。与传统金属材料相比，导热、导电高分子复合材料具有轻质、柔性、耐腐蚀以及低成本等优势。一般来说，有机高分子基体本身都是热和电的不良导体，直接使用无法获得理想的导热、导电性能。复合材料中需加入导热、导电的填料在基体中构成连通的导热导电网络以实现导热、导电效果。传统的导热、导电填料一般存在自身密度过大、价格昂贵(如银)或自身导热、导电性能偏低(如氧化铝、铝粉)等缺点，严重制约了填料相关性能(如导电性、导热性、电磁屏蔽性能等)的进一步提升。

石墨烯是一种由单层碳原子通过sp2杂化而紧密堆积而成的二维蜂窝状晶体结构。尽管石墨烯从实验上发现到现在仅有十年的时间，但是它的诸多优异性能引起了人们的广泛关注。由于石墨烯严格的二维结构和极高的晶体学质量，石墨烯具有优异的导热、导电性能，其导热系数高达5300W m^-1K^-1，高于碳纳米管和金刚石。此外石墨烯是由单层碳原子构成的蜂窝状完美晶格，具有很高的结构稳定性和化学稳定性，因此利用石墨烯作为新型高效导热、导电填料具有很大的应用潜力。

但是如果直接将石墨烯作为导热、导电填料使用：由于石墨烯片径一般在10μm以下，复合材料制备过程中不易搭接成长程的导热、导电通路；且石墨烯作为纳米材料表面惰性强，径厚比大，易团聚，分散困难；同时石墨烯的大量加入也不利于降低复合材料制备成本。

发明内容

为了解决石墨烯材料应用中遇到的上述问题，本发明提供一种石墨烯包覆树脂颗粒的复合材料及其制备方法和应用，通过特定包覆结构，使石墨烯微片紧密搭接在树脂基体表面，形成长程导热、导电通路；同时由于包覆过程石墨烯微片得到铺展，且有内部基体树脂的支撑，因此可有效减少石墨烯的团聚现象并减少石墨烯用量。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种石墨烯包覆树脂颗粒的复合材料，该复合材料是由石墨烯均匀紧密包覆于树脂颗粒基体表面形成的壳核结构，其中：所述树脂颗粒为核，树脂颗粒表面的石墨烯微片之间紧密连接，形成了完整稳定的壳层结构。

针对不同的应用需求，所述复合材料的粒径大小和形状通过选用所需粒径和形状的树脂颗粒基体进行调节，所述树脂颗粒的粒径范围为10μm-3mm。

所述石墨烯在该复合材料中所占的重量百分比为1-55％，该复合材料的密度小于1.5g/cm³。

所述石墨烯包覆树脂颗粒的复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将颗粒状吸水树脂基体加入到均匀分散的石墨烯水系分散液中，获得混合物料；所述吸水树脂与石墨烯水系分散液的重量比例为1:(10－1000)，石墨烯水系分散液的浓度为0.5－20mg/ml；

(2)吸水树脂的吸水膨胀：对步骤(1)所得混合物料进行机械搅拌，(转速50－200转/分钟，搅拌时间0.5－2小时)；以使树脂颗粒充分吸水膨胀，同时使石墨烯片层粘附于树脂基体表面；