[发明专利]一种高聚物包覆二维纳米片材料的方法

说明书

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种高聚物包覆二维纳米片材料的方法。该方法包括采用稳定剂对二维材料改性、原位聚合法使单体在二维材料表面聚合，并迅速降温后，经洗涤、过滤、干燥及研磨得高聚物包覆的二维材料。本发明制备方法简单，条件温和可控，制备的高聚物包覆的二维材料、包覆层厚度可控，包覆层厚度均匀。解决了现有技术中二维材料作为复合材料的填充剂的分散性、界面相容性、结构稳定性和热稳定性的问题。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，具体涉及一种高聚物包覆二维纳米片材料的方法。

背景技术

近十年来，石墨烯的发现引发了人们对二维材料的研发热潮，二维材料因其独特的结构及性能而被广泛应用于多个领域，在复合材料填充、微纳电子器件、生物技术、能量存储(如锂离子电池、超级电容器等)、润滑等方面的应用中表现出优良的性能。而二维材料作为复合材料的改性剂受到越来越多的关注和研究。

目前石墨烯、白石墨烯等二维材常用来做聚合物复合材料的填充剂以提高聚合物的力学强度、导热性能、导电性能等。但二维材料应用到聚合物基体中仍存在诸多问题，一是其本身作为纳米材料容易产生团聚现象，二是二维材料在复合材料基体中难以分散。未经处理的二维材料填充聚合物材料会部分恶化其力学性能及加工性能。为了提高其在聚合物中的分散性，必须对二维材料进行表面改性，以改变其表面性质，提高其与聚合物的相容性，降低其对聚合物产品加工性能以及力学性能的不良影响，同时可以防止二维材料团聚，提高其粉体的储存运输稳定性。目前，二维材料表面改性的方法主要是以低分子量的偶联剂或表面活性剂对二维材料进行处理，这一方法已被证明是一种较好的改善二维材料与高聚物相容性的途径。但同时也存在一些问题，如低分子量的混合物容易从复合材料的界面迁移到表面上去造成复合材料物理性能的恶化，并因溶解造成复合材料表面起泡的现象，影响材料外观品质。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种高聚物包覆二维纳米片材料的方法。本申请采用高分子量的聚合物包覆无机粒子，高分子量的有机物在基底中具有良好的稳定性，一方面防止二维材料团聚，使其稳定性及在基底中的分散性更好；另一方面可以避免低分子量的偶联剂或表面活性剂的迁移引起的耐老化及力学性能变差及起泡问题，从而解决了现有技术中二维材料作为复合材料的填充剂的分散性、界面相容性、结构稳定性和热稳定性的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案：

本发明的高聚物包覆二维纳米片材料的方法，所述二维纳米片材料包括石墨烯、白石墨烯、蒙脱土、过度金属硫化物等，适宜的二维纳米片材料层厚为1-20层，最优选2～10层。

由于二维材料独特的结构及表面能，对于大多数油性单体如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等，聚合反应难以在二维材料表面顺利进行，因此，必须对其进行表面亲油化处理，可使单体在其表面发生原位聚合形成包覆层。

本发明的高聚物包覆二维纳米片材料的方法，包括以下步骤：

S1、对二维材料改性

将1～20份重量的二维材料分散在100份重量的分散溶液中，分散后加入0.1～0.8份重量的稳定剂进行改性处理；

S2、单体在二维材料表面聚合

将经S1改性后的二维材料分散液升温至60℃～100℃，加入1～5份重量的引发剂，搅拌使溶液均匀，然后逐滴滴加0.1～2份重量的聚合物单体，0.5～1h滴完；滴加完毕后，继续保温30min～2h反应后，调节pH值至7～8，以控制聚合反应终止，然后迅速冷却至20～30℃。

S3、后处理

将S2获得的冷却产物，经洗涤、过滤、干燥及研磨得高聚物包覆的二维材料。

进一步的，S1中对二维材料改性为：将10～15份重量的二维材料分散在100份重量的分散溶液中，分散后加入0.1～0.4份重量的稳定剂进行改性处理。