石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料及其制备方法，所述材料包括质量百分含量为10‑15％的石墨烯纳米分散浆、25‑45％的聚芳醚酮聚合物、3‑5％的硅烷偶联剂、2‑5％的分子筛及30‑60％的极性溶剂，将粉体石墨烯制成石墨烯纳米分散浆，所述石墨烯纳米分散浆与聚芳醚酮聚合物、硅烷偶联剂、分子筛和极性溶剂通过研磨、塑炼及分散，对分散后的石墨烯粒子表面进行修饰，即得到石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料。本发明专利技术的石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料，解决了高分子树脂粘度过高、涂料成本高、涂层易吸潮龟裂等方面的缺陷，更赋予了这种新型材料涂层具备了导电、导热、抗杂闪电流、耐阴极剥离、自愈合修复等特殊功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米材料改性高分子材料
，尤其涉及石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料及其制备方法。
技术介绍
杂萘联苯型聚芳醚砜酮(PPESK)和杂萘联苯型聚芳醚腈酮(PPENK)是高性能高分子聚合物，这两种新型高分子材料兼具耐高温和可溶解性能，因而除可用于云母制品和层压塑料外，还可广泛地应用于层压板、绝缘材料及薄膜制品等
；但是应用于涂层防腐材料领域，在国内还是少有人研究，与国内外同类的聚芳醚酮(如PEK、PEEK等)材料相比，除具有更高的耐热性外，还有优异的耐湿热性、高温高压性和更好的易溶性。由于其高分子结构中引入了S＝O/或C-N等活性反应基团，聚合物在加热条件下能够发生自交联反应，可以使材料的热稳定性得到进一步的提高。聚芳醚酮(PAEK)在耐高温、耐化学品腐蚀性能方面完全可以与聚四氟乙烯媲美，有些性能甚至优于聚四氟乙烯，如可溶解性、耐高压热蒸气穿透性、工艺成膜性等方面是聚四氟乙烯材料无法比拟的。但是，采用新型杂萘联苯聚芳醚砜酮或杂萘联苯聚芳醚腈酮作为防腐涂料的成膜材料，还有很多不尽人意之处。由于聚芳醚酮类聚合物可用于溶解的溶剂范围非常狭窄，其理想溶剂只有N-甲基吡咯烷酮(NMP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)等两三种，而这类极性溶剂极易吸水，用其制备的涂层在成膜过程中因吸潮而龟裂；由于此类高分子材料的分子量都比较大，所以一般溶解粘度都比较高，固体份含量均较低，最高约30％左右，制备涂料时无法添加廉价的填充材料，需要大量的特殊溶剂稀释，才能降低体系粘度，故造成涂料产品的材料成本高，很难适应市场的推广与应用。基于上述原因，本专利技术对杂萘联苯型聚芳醚酮做了较多的改性技术研究工作，以期望获得比较理想的改性涂层成膜材料，使其更具有产业化的应用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种石墨烯改性的聚芳醚酮聚合物材料及其制备方法，该材料具有防龟裂、耐高温、耐腐蚀、导静电、导热性的特点。本专利技术的一种石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料，以所述材料的总重量为基准，包括以下百分含量的组分：10-15％石墨烯纳米分散浆、25-45％聚芳醚酮聚合物、3-5％硅烷偶联剂、2-5％分子筛及30-60％极性溶剂。所述聚芳醚酮聚合物为杂萘联苯型聚芳醚砜酮或杂萘联苯型聚芳醚腈酮，硅烷偶联剂优选为带环氧基的KH-560硅烷偶联剂，分子筛优选为4A分子筛。进一步的，所述极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或组合。优选极性溶剂为质量比7:3-11:5的N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)，可作为稀释剂用的溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)或四氢呋喃(THF)。进一步的，所述石墨烯纳米分散浆包括以下百分含量的组分：6-10％粉体石墨烯、6-10％纳米分散剂、0.5-1％多功能助剂、8-12％树脂、1-2％气相二氧化硅及65-70％溶剂。其中纳米分散剂为CI-913纳米超分散剂，多功能助剂为Texaphor963，树脂为与聚芳醚酮聚合物相溶的聚芳醚砜酮(PPESK)或聚芳醚腈酮(PPENK)，溶剂优选为质量比4-6∶1-3的DMAc和NMP，其中溶剂中可以含有稀释剂，稀释剂为四氢呋喃(THF)和二甲基甲酰胺中的一种或组合。本专利技术的材料在涂料中的应用。进一步的，所述涂料为油井管道涂料、换热器涂料、油罐内壁导静电涂料和海底管道涂料等制品。本专利技术的一种石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：将粉体石墨烯制成石墨烯纳米分散浆，所述石墨烯纳米分散浆与聚芳醚酮聚合物、硅烷偶联剂、分子筛和极性溶剂混合后通过均质机串联纳米珠磨机研磨、塑炼并分散，得到石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料。其中各组分的百分含量为：10-15％石墨烯纳米分散浆、25-45％聚芳醚酮聚合物、3-5％硅烷偶联剂、2-5％分子筛及30-60％极性溶剂。所述聚芳醚酮聚合物为杂萘联苯型聚芳醚砜酮或杂萘联苯型聚芳醚腈酮，硅烷偶联剂优选为带环氧基的KH-560硅烷偶联剂，分子筛优选为4A分子筛。进一步的，所述材料的固含量为30-50％。进一步的，所述石墨烯纳米分散浆由粉体石墨烯、纳米分散剂、多功能助剂、树脂、气相二氧化硅及溶剂混合后采用超声波辅助均质机均质分散得到。所述石墨烯纳米分散浆各组分的百分含量为：6-10％粉体石墨烯、6-10％纳米分散剂、0.5-1％多功能助剂、8-12％树脂、1-2％气相二氧化硅及65-70％溶剂，其中溶剂中可包含有稀释剂。其中纳米分散剂为CI-913纳米超分散剂，多功能助剂为Texaphor963，树脂为与聚芳醚酮聚合物相溶的聚芳醚砜酮(PPESK)或聚芳醚腈酮(PPENK)，溶剂优选为质量比4:1-6:3的DMAc和NMP，其中溶剂中可以含有稀释剂，稀释剂为四氢呋喃(THF)和二甲基甲酰胺中的一种或组合。进一步的，所述石墨烯纳米分散浆的固含量为8-10％。进一步的，所述纳米分散剂为低聚物分散剂、且其粒径小于石墨烯纳米粒径。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：本专利技术的石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料，改善了杂萘联苯型聚芳醚酮性能上的不足，解决了高分子树脂粘度大、材料成本高、涂膜易吸潮龟裂、抗渗透和耐腐蚀性能下降等方面的缺陷，不但克服了原有材料的不足，且改变了原有聚芳醚酮材料绝缘、绝热、不耐阴极剥离(电化学腐蚀)的特性，更赋予了这种新型材料涂膜具备了导电、导热、抗杂闪电流、耐阴极剥离、自愈合修复(防腐蚀)等多种有益的特殊功能，尤其是在防腐底漆方面的应用，该改性材料与锌粉或铝粉配合使用，其涂膜具备了自愈合修复功能；由于涂层具备导热、散热快的特点，同时也提高了改性聚合物的耐高温、抗老化性能。本专利技术制备石墨烯纳米分散浆的方法，所选溶剂须具有很好的溶解性和溶解力，即解决了树脂与石墨烯相容性问题，否则会出现界相分离，其树脂(粘结料)与被改性材料在极性溶剂中相容，否则也会出现界相分离；由于石墨烯纳米分散浆要借助于合适的分散剂，须用小分子量的低聚物分散剂，分散剂的粒子若大于石墨烯纳米的粒子，就不是分散剂粒子包裹石墨烯纳米粒子，而是相反，所以，分散剂粒子必须小于石墨烯纳米粒子，形成包覆晕电层，同电相斥，才能防止石墨烯纳米粒子的二次团聚问题；采用超声波辅助高速分散均质机制备石墨烯纳米分散浆，实现了完全纳米化制程。本专利技术中改性聚芳醚酮聚合物材料时使用了4A分子筛作为吸潮剂，避免了利用其制备的涂层易吸潮而发生龟裂纹的现象，从而突破了这一技术瓶颈。采用石墨烯作为改性剂，制备一种纳米杂化改性聚芳醚酮新材料，是一种新的尝试，收到了意想不到的效果。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术中制备前石墨烯浆料的粒度分析结果；图2是本专利技术中采用超声波辅助均质机制备的石墨烯纳米分散浆的粒度分析结果；图3是本专利技术中制备前石墨烯原始浆料的电镜及粒径表征；图4是本专利技术中采用超声波辅助均质机制备石墨烯纳米分散浆的电镜及粒径表征；图5是本专利技术中采用超声波辅助均质机制备石墨烯纳米分散浆一个月后的电镜表征；图6是本专利技术中石墨烯改性前后的聚芳醚酮涂层材料性能对比试验数据表；图7是本专利技术中石墨烯改性锌粉的PPENK涂层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料，其特征在于：以所述材料的总重量为基准，包括以下百分含量的组分：10‑15％石墨烯纳米分散浆、25‑45％聚芳醚酮聚合物、3‑5％硅烷偶联剂、2‑5％分子筛及30‑60％极性溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料，其特征在于：以所述材料的总重量为基准，包括以下百分含量的组分：10-15％石墨烯纳米分散浆、25-45％聚芳醚酮聚合物、3-5％硅烷偶联剂、2-5％分子筛及30-60％极性溶剂。2.根据权利要求1所述的石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料，其特征在于：所述极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中的一种或组合。3.根据权利要求1所述的石墨烯改性聚芳醚酮聚合物材料，其特征在于：所述石墨烯纳米分散浆包括以下百分含量的组分：6-10％粉体石墨烯、6-10％纳米分散剂、0.5-1％多功能助剂、8-12％树脂、1-2％气相二氧化硅及65-70％溶剂。4.如权利要求1所述的材料在涂料中的应用。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：所述涂料为油井管涂料、换热器涂料、油...

【专利技术属性】
技术研发人员：张驰，卞直兵，戴海雄，马庆磊，蹇锡高，陈鼎，李伟华，
申请(专利权)人：江苏金陵特种涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32