[发明专利]一种碳基海绵及泡沫材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种碳基海绵及泡沫材料的制备方法，将低温氧等离子体表面枝接技术预处理的或表面活性剂修饰的碳基材料均匀分散到海绵及泡沫的预聚体或海绵及泡沫的聚合单体原料和溶剂中，通过海绵及泡沫的发泡工艺实现已分散的碳基材料对海绵及泡沫底材骨架的原位掺杂，制得碳基原位掺杂的海绵及泡沫材料。本发明将亲水性预处理后的碳基材料直接分散于海绵及泡沫的预聚体或聚合单体和溶剂中，再通过传统的发泡工艺，实现碳基材料对海绵及泡沫材料骨架的原位掺杂，提高碳基材料在海绵及泡沫基材中的分布均匀性和结合牢度。

技术领域

本发明属于新型功能海绵及泡沫的技术领域，具体涉及一种碳掺杂海绵及泡沫材料的制备方法。

背景技术

海绵及泡沫塑料，由于其质轻、多孔、坚固、吸音、减震、易成型、良好的透气性及绝热性、价格低等特点，世界范围内，其在汽车工业、电池工业、化妆品行业、服饰制造业、餐饮业、环保行业及高档家具制造业等领域获得了越来越广泛的应用。

碳素材料在硬度、耐热性、光学特性、耐辐射特性、耐化学药品特性、电绝缘性、导电性、表面与界面特性等方面有着优异的特性表现，如最硬-最软，绝缘体-半导体-良导体，绝热-良导热，全吸光-全透光等，因此碳材料功能多样，用途广泛。

作为碳素材料的典型代表，二维材料石墨烯自2004年发现以来，就以其超高的电导率、高强度、高弹性、超轻、超薄、超硬、高光透过率等独特优势而受到极大的关注。近年来，大量研究表明，石墨烯及其衍生物，如氧化石墨、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨微片等碳基材料在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、储能、环保和传感等领域有着广阔的应用前景。

在环保领域，如专利CN 103342827 B公开了一种疏水亲油性聚氨酯海绵的制备方法，该发明将经丙酮和去离子水超声清洗的聚氨酯海绵浸泡入少层石墨烯纳米片层的乙醇溶液中，以制备疏水亲油性聚氨酯海绵，尽管其吸油倍率为43，但紧靠浸泡而使石墨烯负载于聚氨酯海绵骨架的表层，其结合度并不牢固，在使用过程中石墨烯片层容易脱离，尤其在当通过挤压方式实现油品回收的情况，不但造成海绵使用寿命的降低，更由于石墨烯的脱落，造成水体及回收油品的二次污染。再如专利CN 103626171 B公开了一种油水分离材料的制备方法，即将海绵材料浸泡于氧化石墨烯溶液中，经离心后得氧化石墨烯包覆海绵材料，再把所得包覆海绵材料在还原剂的作用下将氧化石墨烯还原，最终得到油水分离材料，虽然氧化石墨烯经过还原，但使用过程中负载物的脱离问题同样不可避免。

通过浸泡、浸渍、喷涂、涂覆等非原位的方式，将石墨烯及其衍生物或其他碳素材料负载于海绵或泡沫内部孔道及骨架表面以制备功能性海绵及泡沫材料，负载物与载体的结合不牢固问将题伴随着材料的整个使用过程，不但降低了材料的使用寿命及性能的快速衰减，也带来了如二次污染等新问题。鉴于此，发明一种避免负载物脱离载体的方法来制备碳基功能海绵及泡沫材料，无疑将会带来良好的经济效益和社会效益。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种碳基海绵及泡沫材料的制备方法，通过将碳基材料先直接掺杂聚合预聚体或聚合单体，而后再进行聚合实现将一种或多种碳基材料均匀地掺杂于海绵及泡沫材料的骨架内，提高碳基材料和海绵及泡沫骨架结合的牢度，避免掺杂碳基材料脱落。以期实现所制备的碳基海绵及泡沫材料可直接或加工后用于油水分离、防静电、吸波、吸音、阻燃、防护、电容去离子脱盐、超级电容器、催化剂载体、海水淡化、电磁屏蔽等领域。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种碳基海绵及泡沫材料的制备方法，将低温氧等离子体表面枝接技术预处理的或表面活性剂修饰的碳基材料均匀分散到海绵及泡沫的预聚体或海绵及泡沫的聚合单体原料和溶剂中，通过海绵及泡沫的发泡工艺实现已分散的碳基材料对海绵及泡沫底材骨架的原位掺杂，制得碳基原位掺杂的海绵及泡沫材料。

优选地，所述碳基材料选自石墨烯、氧化石墨、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨粉、石墨微片、碳纳米管、活性炭、介孔碳、碳纤维、富勒烯、炭黑、乙炔黑、科琴黑、Super P炭黑中的一种或两种以上。