[发明专利]一种多次互贯穿网络结构纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种多次互贯穿网络结构纳米复合材料及其制备方法，属于复合材料制备领域。本发明通过多次浸涂‑干燥‑固化的方法制备的纳米复合材料具备多层三明治结构与网状结构，三明治结构下纳米材料作为集中功能区，而网络结构又把这种功能区以网状形式在基体中连接在一起，进而将在低含量的情况下最大限度的发挥纳米碳材料的功能优势，同时又不破坏基体材料的完整性与连通性。

技术领域

本发明涉及一种多次互贯穿网络结构纳米复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。

背景技术

纳米材料是一种至少在一个维度上处于纳米尺度的新型材料，由于其纳米尺寸效应而表现为各式优异的性能，自从20世纪70年代发现以来，纳米材料一直是材料研究领域的一个重点。将纳米材料作为添加料加入聚合物中形成多功能复合材料也是拓展聚合物材料性能与应用的一种有效方法。传统的纳米复合材料制备方法为共混法，即将纳米添加料与聚合物前驱体混合搅拌后固化形成复合材料。但这种方法存在纳米填料难分散，易恶性团聚的现象，极大地限制了纳米填料优异性能的发挥，特别是高比表面积特性；同时填料在基体的特殊空间分布更是难以控制与设计；而且，为了实现某一功能，纳米填料的含量往往很高。因此，需要开发新型的复合材料制备方法来设计并制备特殊结构的纳米复合材料。近年来，新创的模板法，梯度法等都在研究探索如何制备一定结构的纳米复合材料，尤其是基于网状分布结构进行的复合材料制备及性能研究，目前仍处于探索阶段。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种工艺简单、易于控制、且有望工业化生成的多次互贯穿网络结构纳米复合材料的制备方法。该方法从纳米颗粒于基体中非均匀网络结构分布的视角出发，解决了传统共混法难以克服的纳米材料颗粒在基体中易恶性团聚，分布难控制，含量高等问题，实现了底含量下高效利用纳米填料的材料制备方法。

本发明具体采用的技术方案如下：

一种多次互贯穿网络结构纳米复合材料的制备方法，其步骤如下：

S1：将具有网络骨架结构的聚氨酯泡沫进行氧气等离子体处理后，立即浸入含有氧化石墨烯的碳材料墨水中，抽真空协助墨水浸入泡沫孔道内并保压进行除气；经过静置后，取出泡沫进行低速离心以回收浸入孔道内的多余墨水，再混匀泡沫骨架表面负载的碳材料墨水同时高速离心去掉残余液体，干燥后得到骨架表面附着氧化石墨烯层的聚氨酯泡沫；

S2：将S1中得到的聚氨酯泡沫再次进行氧气等离子体处理后，立即浸入水性聚氨酯溶液中，抽真空协助水性聚氨酯浸入泡沫孔道内；经过静置后，取出泡沫进行低速离心以回收浸入孔道内的多余水性聚氨酯，再混匀泡沫骨架表面负载的水性聚氨酯，同时高速离心去掉残余液体，干燥固化后得到骨架为三明治结构的聚氨酯泡沫；

S3：将S2中完成一次涂附得到的聚氨酯泡沫，不断按照S1和S2重复进行多次涂附，得到骨架为多层三明治结构的聚氨酯泡沫；

S4：最后用水性聚氨酯直接对S3得到的聚氨酯泡沫进行填充并固化，得到具有多次互贯穿网络结构的聚氨酯基纳米复合材料。

作为优选，步骤S1中，得到骨架表面附着氧化石墨烯层的聚氨酯泡沫后，还需将其置于氢碘酸还原剂中进行还原反应，使聚氨酯泡沫骨架表面附着的氧化石墨烯被还原为还原氧化石墨烯。其中，所述还原反应的方法可以采用如下：将聚氨酯泡沫置于80℃氢碘酸还原剂中反应1分钟。

基于上述两种方案，本发明还可以进一步提供以下优选方案。

作为优选，步骤S1中，所述聚氨酯泡沫采用PPI值为60-80的聚氨酯泡沫，并事先去离子水与乙醇交替超声洗涤两次，50℃下烘干5小时待用。