[发明专利]氧化石墨烯-丁腈胶乳复合泡沫材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯‑丁腈胶乳复合泡沫材料及其制备方法，属于复合材料制备技术领域，其包括：(1)将氧化石墨烯分散液与丁腈胶乳混合均匀制成混合分散液，调节混合分散液的pH值；(2)将混合分散液先冷冻后再真空冷冻干燥，得到复合泡沫基体材料；(3)将复合泡沫基体材料加热交联，制成氧化石墨烯‑丁腈胶乳复合泡沫材料。本发明通过控制氧化石墨烯和丁腈胶乳之间的静电作用使两者充分分散混合，改善了氧化石墨烯团聚分散不均的现象；通过控制氧化石墨烯溶液的浓度及冷冻温度，调控泡孔大小及结构；通过控制加热温度和加热时间，使氧化石墨烯高温分解释放自由基引发丁腈胶乳高温自硫化交联，保证复合泡沫具有较高的压缩强度。

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯-丁腈胶乳复合泡沫材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

在实际制品应用中，纳米级别的石墨烯二维片层材料通常需要形成宏观块体材料，而宏观块体材料难以完全展现二维片层材料优异的本征特性，主要是因为二维片层材料面与面之间容易发生Π-Π的堆叠，导致比表面积损失，接触热阻和电阻增大等。由石墨烯二维片层材料自组装制备得到的三维泡沫结构可以将石墨烯二维片层材料独特的本征特性与三维泡沫材料的多孔结构相结合，使其具有质轻、比表面积高、机械强度高等特性，使三维泡沫材料广泛应用于环境领域，电磁屏蔽领域，压缩传感器等领域。目前，制备石墨烯泡沫材料的方法主要有模板法、自组装法、发泡法和3D打印等方法，其中利用氧化石墨烯自组装制备泡沫材料是一个常用的方法，具体是通过水热法制备氧化石墨烯的水凝胶，再经过冷冻干燥和还原过程制备石墨烯泡沫，但此方法制备的泡沫材料中石墨烯片层之间依靠范德华作用力键接，导致泡沫材料机械强度较差，当受到冲击、弯曲和扭转时容易受到破坏，因此常需要借助自组装方法制备机械性能优异的复合泡沫材料。

氧化石墨烯(Graphene Oxide，缩写为GO)是石墨烯的含氧衍生物，经氧化后含氧官能团增多而使其性质更加活泼，将GO与基体原料进行混合后进一步通过冷冻-干燥法可制成GO-橡胶复合泡沫材料，其兼具气凝胶和GO两者的特点。在实际应用过程中发现，GO片层间范德华力强，容易堆叠，不利于其在聚合物中的分散，且在聚合物中的团聚会导致缺陷点的形成，影响复合材料的导电性能。

需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术所存在的问题，提供了一种氧化石墨烯-丁腈胶乳复合泡沫材料及其制备方法，具有较大的压缩强度和良好的压缩回弹性能；亲油疏水性好，具有良好溶剂吸附能力和循环吸附能力；具有压敏特性，可作为柔性压缩传感器制品使用。

本发明通过采取以下技术方案实现上述目的：

一方面，本发明提供的氧化石墨烯-丁腈胶乳复合泡沫材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将改性氧化石墨烯分散液与丁腈胶乳混合均匀制成混合分散液，加入pH调节剂调节混合分散液的pH值为10～11；

(2)将调节pH值后的混合分散液先冷冻，然后再低温冷冻干燥，得到复合泡沫基体材料；

(3)将复合泡沫基体材料在170～200℃加热交联1～3h，制成氧化石墨烯-丁腈胶乳复合泡沫材料。

可选的，调节pH值后的混合分散液中的固含量为1.0％～5.0％。

可选的，混合分散液中氧化石墨烯和丁腈胶乳固含量的比例为1:4～2:3。

可选的，步骤(2)中混合分散液的pH值调节方法包括如下步骤：pH调节剂采用25～28wt％的氨水。

可选的，步骤(2)中冷冻温度为-5℃～-18℃、低温冷冻干燥温度为低于-50℃。

可选的，改性氧化石墨烯分散液的浓度为6～9mg/mL。