聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料及其制备方法、浸油介孔复合材料及应用技术

本发明专利技术提供了聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料及其制备方法、浸油介孔复合材料及应用，属于纳米复合材料技术领域。本发明专利技术中聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料包括由聚四氟乙烯乳胶粒子形成的核芯、包裹在所述核芯表面的有机聚合物层和包裹在所述有机聚合物层表面的介孔SiO

【技术实现步骤摘要】
聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料及其制备方法、浸油介孔复合材料及应用
本专利技术涉及功能材料
，尤其涉及聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料及其制备方法、浸油介孔复合材料及应用。
技术介绍
聚四氟乙烯(PTFE)作为一种具有优异自润滑性能的固体润滑剂已被广泛地应用于航空、航天、汽车以及涂料等领域。然而，由于PTFE的“冷流”的特性，其在长期加载服役过程中极易发生塑性变形；且由于PTFE具有特殊的螺旋分子链结构以及超低的表面能，导致其耐磨性和界面相容性也很差。因此，亟需对PTFE进行表面改性以提高其强度、耐磨性以及界面相容性。PTFE基核壳型纳米粒子不仅可使PTFE具有丰富的表面化学活性，而且核壳结构的特殊性还可以赋予PTFE良好的耐磨性、抗承载能力以及界面相容性。中国专利CN202010092324.8中公开了一种聚四氟乙烯基核壳纳米复合材料，该核壳纳米复合材料以PTFE为核，以聚合物层为第一壳层，以连续致密的SiO2为第二壳层，能够在一定程度上改善PTFE的润滑性以及耐磨性能。但如何进一步提升PTFE的润滑性以及耐磨性能，是目前需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料及其制备方法、浸油介孔复合材料及应用，本专利技术以介孔SiO2作为壳层材料对有机聚合物包裹的聚四氟乙烯乳胶粒子再次进行包裹，不仅可以提高聚四氟乙烯的强度、耐磨性和相容性，还可以提供丰富的储油孔道，填充润滑油后有利于进一步地降低PTFE的摩擦系数，并提高其耐磨性能，可以作为润滑油或涂料的添加剂来使用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料，包括由聚四氟乙烯乳胶粒子形成的核芯、包裹在所述核芯表面的有机聚合物层和包裹在所述有机聚合物层表面的介孔SiO2层，所述介孔SiO2层的厚度为150～200nm，介孔的孔径为2～4nm。优选地，所述核芯的粒径为150～300nm。优选地，所述有机聚合物层的厚度为50～100nm。优选地，所述有机聚合物层由包括第一单体、第二单体、引发剂和水的制备原料经聚合反应制备得到，其中，所述第一单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸中的一种或几种，所述第二单体包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、4-乙烯基吡啶或(甲基丙烯酰氧)乙基三甲基氯化铵。本专利技术提供了上述技术方案所述聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)以聚四氟乙烯乳胶粒子为核芯，在所述核芯的表面包裹有机聚合物层，得到聚四氟乙烯-聚合物核壳型复合材料；(2)将所述聚四氟乙烯-聚合物核壳型复合材料、胺类试剂、造孔剂、乙醇和水混合，得到第一混合液；将硅源和辅助造孔剂混合，得到第二混合液；(3)将所述第一混合液与第二混合液混合后在体系回流条件下进行水解-缩合反应，得到含造孔剂的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料；(4)将所述含造孔剂的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料、硝酸铵和乙醇混合后在回流条件下进行萃取，以去除造孔剂，得到聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料。优选地，所述步骤(2)中胺类试剂包括氨水、三乙醇胺或尿素，造孔剂包括十六烷基三甲基溴化铵或十六烷基三甲基氯化铵，硅源包括正硅酸乙酯或正硅酸丁酯，辅助造孔剂包括环己烷或乙醚；聚四氟乙烯-聚合物核壳型复合材料、胺类试剂、造孔剂、硅源和辅助造孔剂的质量比为(1～3)：(0.4～1.5)：(4～16)：(5～15)：(20～60)。优选地，所述步骤(3)中水解-缩合反应的温度为50～100℃，水解-缩合反应的时间为10～15h。优选地，所述步骤(4)中含造孔剂的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料、硝酸铵和乙醇的质量比为(3～6)：5：(375～425)。本专利技术提供了一种浸油介孔复合材料，包括聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料和填充在所述聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料的介孔中的润滑油，所述聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料为上述技术方案所述聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料。本专利技术提供了聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料或浸油介孔复合材料作为添加剂的应用，所述添加剂为润滑油或涂料的添加剂；所述聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料为上述技术方案所述聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料，所述浸油介孔复合材料为上述技术方案所述浸油介孔复合材料。本专利技术提供了一种聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料，包括由聚四氟乙烯乳胶粒子形成的核芯、包裹在所述核芯表面的有机聚合物层和包裹在所述有机聚合物层表面的介孔SiO2层，所述介孔SiO2层的厚度为150～200nm，介孔的孔径为2～4nm。本专利技术以介孔SiO2作为壳层材料对有机聚合物包裹的聚四氟乙烯乳胶粒子再次进行包裹，不仅可以提高聚四氟乙烯的强度、耐磨性和相容性，而且与传统的致密连续SiO2壳层相比，介孔SiO2壳层还可以提供丰富的储油孔道，填充润滑油后有利于进一步地降低PTFE的摩擦系数，并提高其耐磨性能，可以作为润滑油或涂料的添加剂来使用。本专利技术提供了所述聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料的制备方法，操作过程简单，对设备要求低，具有广泛地应用价值。附图说明图1为本专利技术实施例4制备的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料的TEM图；图2为本专利技术实施例5制备的含造孔剂的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料的TEM-mapping图；图3为本专利技术测试例中含有PTFE@mSiO2复合材料和PTFE@SiO2复合材料的环氧涂层的摩擦系数曲线图；图4为本专利技术测试例中含有PTFE@mSiO2复合材料和PTFE@SiO2复合材料的环氧涂层的磨痕形貌图。具体实施方式本专利技术提供了一种聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料，包括由聚四氟乙烯乳胶粒子形成的核芯、包裹在所述核芯表面的有机聚合物层和包裹在所述有机聚合物层表面的介孔SiO2层，所述介孔SiO2层的厚度为150～200nm，介孔的孔径为2～4nm。本专利技术提供的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料包括由聚四氟乙烯乳胶粒子形成的核芯，所述核芯的粒径优选为150～300nm，进一步优选为170～230nm。本专利技术提供的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料包括包裹在所述核芯表面的有机聚合物层，所述有机聚合物层的厚度优选为50～100nm，更优选为60～90nm，进一步优选为70～80nm。本专利技术优选将有机聚合物层的厚度限定在上述范围内，能够在保证PTFE良好润滑性的基础上，同时提高其耐磨性。在本专利技术中，所述有机聚合物层优选由包括第一单体、第二单体、引发剂和水的制备原料经聚合反应制备得到，其中，所述第一单体优选包括甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸中的一种或几种，更优选为MMA；所述第二单体优选包括γ-甲基丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料，包括由聚四氟乙烯乳胶粒子形成的核芯、包裹在所述核芯表面的有机聚合物层和包裹在所述有机聚合物层表面的介孔SiO

【技术特征摘要】
1.一种聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料，包括由聚四氟乙烯乳胶粒子形成的核芯、包裹在所述核芯表面的有机聚合物层和包裹在所述有机聚合物层表面的介孔SiO2层，所述介孔SiO2层的厚度为150～200nm，介孔的孔径为2～4nm。


2.根据权利要求1所述的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料，其特征在于，所述核芯的粒径为150～300nm。


3.根据权利要求1或2所述的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料，其特征在于，所述有机聚合物层的厚度为50～100nm。


4.根据权利要求3所述的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料，其特征在于，所述有机聚合物层由包括第一单体、第二单体、引发剂和水的制备原料经聚合反应制备得到，其中，所述第一单体包括甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸乙酯和甲基丙烯酸中的一种或几种，所述第二单体包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、4-乙烯基吡啶或(甲基丙烯酰氧)乙基三甲基氯化铵。


5.权利要求1～4任一项所述聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)以聚四氟乙烯乳胶粒子为核芯，在所述核芯的表面包裹有机聚合物层，得到聚四氟乙烯-聚合物核壳型复合材料；
(2)将所述聚四氟乙烯-聚合物核壳型复合材料、胺类试剂、造孔剂、乙醇和水混合，得到第一混合液；将硅源和辅助造孔剂混合，得到第二混合液；
(3)将所述第一混合液与第二混合液混合后在体系回流条件下进行水解-缩合反应，得到含造孔剂的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料；
(4)将所述含造孔剂的聚四氟乙烯基核壳型介孔复合材料、硝酸铵和乙醇混合后...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏刚，王娜，王金清，任俊芳，高贵，陈生圣，赵更锐，刘文广，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62