CN103146024A - 多孔石墨烯/聚合物复合结构、其制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔石墨烯/聚合物复合结构、其制备方法及应用。该复合结构包括主要由多孔石墨烯与一种以上聚合物和/或聚合物单体形成的复合物；其制备方法包括：将聚合物和/或聚合物单体与多孔石墨烯复合，形成目标产品，其中所采用的复合方式包括单螺杆或双螺杆熔融加工、注塑、吹塑、熔融纺丝、溶液纺丝、静电纺丝、静电喷涂、粉末冶金、溶液共混或高速机械搅拌分散方式。本发明工艺简单，原料来源广泛，易于规模化实施，成本低廉，且安全环保，不会排放有毒有害废物，且所获产品具有优良的热学、电学等性能，在导热、散热、导电、抗静电、电磁屏蔽等领域有广阔应用前景。

Description

多孔石墨烯/聚合物复合结构、其制备方法及应用

技术领域

本发明特别涉及一种多孔石墨烯/聚合物复合结构、其制备方法及应用，属于纳米材料科技领域。

背景技术

高性能聚合物复合物在电子工业，建筑建材行业，拥有巨大应用空间，例如高导热率聚合物已经作为导热胶，供暖管等热界面材料应用，高导热率聚合物制备一般是将导热填料加入聚合物中，通过混合过程使导热填料形成通路从而得到高导热率复合物。目前常用的导热填料有银粉、铜粉、镍粉、三氧化二铝、氮化硼和石墨等，但是其往往存在或是价格偏高，或是导热系数偏低，或是添加量过大等缺点。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种多孔石墨烯/聚合物复合结构，其具有导热性能优良，成本低等特点，从而克服了现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供一种制备前述多孔石墨烯/聚合物复合结构的方法，其工艺简单，易于实施。

本发明的又一目的在于提供前述多孔石墨烯/聚合物复合结构在导热，静电屏蔽，电磁屏蔽等方面的应用。

为实现上述发明的目的，本发明采取如下技术方案：

一种多孔石墨烯/聚合物复合结构，包括主要由多孔石墨烯与一种以上聚合物和/或聚合物单体形成的复合物。

作为较为优选的实施方案之一，所述复合物包含0.1wt％-99wt％多孔石墨烯。

进一步的，所述多孔石墨烯的层数在1-100层，径向尺寸为1μm-1000μm，并且所述多孔石墨烯中的孔洞的直径在1nm到1000nm之间。

所述多孔石墨烯可选自但不限于氧化石墨烯、氧化还原石墨烯或插层膨胀石墨烯。

所述插层膨胀石墨烯的膨胀方式可选自但不限于热膨胀或微波膨胀。

所述聚合物可选自但不限于聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、环氧树脂、硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸、酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、橡胶树脂、聚乙二醇、聚碳酸酯、聚酰亚胺或尼龙。

所述复合物的最终形态可选自但不限于弹性体、塑料或粘流体。

如上所述多孔石墨烯/聚合物复合结构的制备方法包括：将一种以上聚合物和/或聚合物单体与多孔石墨烯复合，形成目标产品，其中所采用的复合方式包括单螺杆或双螺杆熔融加工、注塑、吹塑、熔融纺丝、溶液纺丝、静电纺丝、静电喷涂、粉末冶金、溶液共混或高速机械搅拌分散方式。

作为较为优选的实施方案之一，该制备方法包括：将一种以上聚合物与多孔石墨烯混合加工热处理，获得目标产品，所述聚合物原料的形态包括粒料、液态、高弹态或粉末状。

如上所述多孔石墨烯/聚合物复合结构在制备导热、静电屏蔽或电磁屏蔽材料或器件中的应用。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：通过将多孔石墨烯与聚合物等按照一定比例复合，经多种简单加工方式形成多孔石墨烯/聚合物复合结构，工艺简单，原料来源广泛，易于规模化实施，成本低廉，且安全环保，不会排放有毒有害废物，且所获产品具有优良的热学、电学等性能，在导热、散热、导电、抗静电、电磁屏蔽等领域有广阔应用前景。

附图说明

图1是本发明的一种多孔石墨烯/聚合物复合结构的制备工艺示意图；

图2是本发明实施例1中所获产物(多孔石墨烯/聚合物复合结构)的扫描电镜照片。

具体实施方式

如前所述，鉴于现有技术的不足，本发明旨在提供一种多孔石墨烯/聚合物复合结构、其制备方法及应用。

进一步的讲，作为较为优选的实施方案之一，参照图1，本发明可以是通过将多孔薄层石墨烯与聚合物按一定比例，经过一种或多种加工方式形成复合结构材料(即，多孔石墨烯/聚合物复合结构)。该复合结构材料可以多种成品形态，如浆料、涂料、薄膜、垫、管、棒等应用于导热、散热、导电、抗静电、电磁屏蔽等领域中。

前述多孔石墨烯为1-100层，尺寸为10nm-1000μm，孔径在1nm-1000nm，多孔石墨烯在复合体系的含量为0.1-99wt％。多孔石墨烯由氧化石墨烯，还原的氧化石墨烯，液相化学解离石墨烯，插层膨胀石墨烯，其中插层膨胀石墨烯膨胀方式包括热膨胀，微波膨胀，电化学膨胀，化学反应膨胀中的一种或多种打孔制备。

前述聚合物包括聚苯胺，聚吡咯，聚噻吩，环氧树脂，硅橡胶，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，高密度聚乙烯，聚偏氟乙烯，聚四氟乙烯，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯醇，聚丙烯酸，酚醛树脂，聚甲基丙烯酸甲酯，聚酰胺，橡胶树脂，聚乙二醇，聚碳酸酯，聚酰亚胺，尼龙等聚合物或单体的及其混合物。

前述多孔石墨烯与聚合物的复合加工方式包括单螺杆或双螺杆熔融加工，注塑，吹塑，熔融纺丝，溶液纺丝，静电纺丝，静电喷涂，粉末冶金，溶液共混，高速机械搅拌分散方式的一种或多种。

前述复合结构材料的形态包括粉末，粒状，粘流状，成品可为薄膜，浆料，垫片，管状等，其可作为导热，散热材料如导热垫，导热胶，散热片应用于导热散热器件中，也可作为导电材料如导电涂层，导电浆料应用到静电屏蔽，电磁屏蔽，集成电路打印等领域。

以下结合若干优选实例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1该高导热率多孔石墨烯/聚合物复合材料的制备方法包括：

取高质量多孔石墨烯0.5g，在乙醇中超声分散1h，加入4.5g高密度聚乙烯粉末高速搅拌1h，抽滤，烘干，模压，得到石墨烯/高密度聚乙烯复合材料。

实施例2该高导热率多孔石墨烯/聚合物复合材料的制备方法包括：

取高质量多孔石墨烯2kg和高密度聚乙烯20kg加入双螺杆挤出机中200℃搅拌挤出，冷却造粒，得到黑色复合物。

实施例3该高导热率多孔石墨烯/聚合物复合材料的制备方法包括：

取10g高质量多孔石墨烯分散于2000ml二甲苯中，加入100g高密度聚乙烯粉末120℃搅拌，减压蒸馏得到复合物。

实施例4该高导热率多孔石墨烯/聚合物复合材料的制备方法包括：

取高质量多孔石墨烯5g加入到100环氧树脂E44中，机械搅拌1h，再取10g混合物加入5g聚酰胺66固化剂室温固化8h得到石墨烯环氧树脂复合物。

实施例5该高导热率多孔石墨烯/聚合物复合材料的制备方法包括：

取高质量多孔石墨烯1g和聚二亚甲基硅氧烷99g混合后机械搅拌1h，再取10g混合物加入1g固化剂室温固化8h得到复合材料。

以上说明，图纸及实例不可解析为对限定本发明的设计思想。在本发明的知识领域里持相同知识者可以对本发明的技术思想以多样的形态的改良，这样的改良及变更也应属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多孔石墨烯/聚合物复合结构，其特征在于，包括主要由多孔石墨烯与一种以上聚合物和/或聚合物单体形成的复合物。

2.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/聚合物复合结构，其特征在于，所述复合物包含0.1wt％-99wt％多孔石墨烯。

3.根据权利要求1或2所述的多孔石墨烯/聚合物复合结构，其特征在于，所述多孔石墨烯的层数在1-100层，径向尺寸为1μm-1000μm，并且所述多孔石墨烯中的孔洞的直径在1nm到1000nm之间。

4.根据权利要求1或2所述的多孔石墨烯/聚合物复合结构，其特征在于，所述多孔石墨烯包括氧化石墨烯、氧化还原石墨烯或插层膨胀石墨烯。

5.根据权利要求4所述的多孔石墨烯/聚合物复合结构，其特征在于，所述插层膨胀石墨烯的膨胀方式包括热膨胀或微波膨胀或化学反应膨胀。

6.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/聚合物复合结构，其特征在于，所述聚合物包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、环氧树脂、硅橡胶、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚丙烯酸、酚醛树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、橡胶树脂、聚乙二醇、聚碳酸酯、聚酰亚胺或尼龙。

7.根据权利要求1所述的多孔石墨烯/聚合物复合结构，其特征在于，所述复合物的最终形态包括弹性体、塑料或粘流体。

8.权利要求1-7中任一项所述多孔石墨烯/聚合物复合结构的制备方法，其特征在于，包括：将一种以上聚合物和/或聚合物单体与多孔石墨烯复合，形成目标产品，其中所采用的复合方式包括单螺杆或双螺杆熔融加工、注塑、吹塑、熔融纺丝、溶液纺丝、静电纺丝、静电喷涂、粉末冶金、溶液共混或高速机械搅拌分散方式。

9.根据权利要求8所述多孔石墨烯/聚合物复合结构的制备方法，其特征在于，包括：将一种以上聚合物与多孔石墨烯混合加工热处理，获得目标产品，所述聚合物原料的形态包括粒料、液态、高弹态或粉末状。

10.权利要求1-7中任一项所述多孔石墨烯/聚合物复合结构在制备导热、静电屏蔽或电磁屏蔽材料或器件中的应用。