[00138867]碳纳米功能复合材料的制备及其聚合物纳米复合材料宏观性能的界面调控

本项目属于纳米复合功能材料及其聚合物纳米复合材料领域。碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料以其高强度、高导电、高导热、固体润滑等一系列优异的性能,被认为在新能源、传感、电子信息、金属防护等军事与民品工业领域具有巨大的应用潜力。其在高性能以及功能聚合物纳米复合材料领域的应用技术水平是制约新材料、航天航空、5G信息技术、生物医学等现代技术发展及缩小与发达国家差距的关键。碳纳米材料的工业规模化制备已经日趋成熟,由于其密度小、环境友好、防腐、性价比高,已经逐步取代贵金属,成为新能源电极材料、导电、导热、固体润滑等材料的关键功能添加材料。但是,进一步拓展碳纳米材料的功能、克服碳纳米尺寸效应而引起不可避免的聚集以及与聚合物表面能差异而引起的弱界面粘接等是亟待解决的共性关键技术难题。本项目在科技部校企联盟科技创新、江苏省创新能力建设以及江苏省高校重点自然科学基金等项目支持下,在揭示异质界面相互作用对纳米复合材料性能与功能的影响规律基础理论研究基础上,突破了碳纳米复合材料在聚合物基体中均匀分散与界面调控领域的3项关键技术,开发了6种复合材料。主要发明点如下。 1、发明了无机亚微米材料隔离分散石墨烯制备方法。在爆炸法制备的水性石墨烯纳米片（GNP）悬浮液中进行Ca（OH）2与CO2的气固反应,制备出亚微米纺锤形（250nm×650nm）碳酸钙隔离分散石墨烯纳米片（CaCO3/GNP）复合材料。攻克了石墨烯纳米片在聚合物基体中难分散难题。以CaCO3/GNP为功能添加剂,发明了无溶剂环氧石墨烯防腐涂料产品,经过国家涂料质量监督检验中心检测表明,涂膜厚度为135μm时,耐盐雾达到4152h,远远超过相同厚度环氧富锌涂料的1000 h。 2、发明了导电聚苯胺（PANI）与碳纳米材料复合方法。PANI的复合攻克了碳纳米材料分散难与可能的电偶腐蚀问题,获得高效纳米阻隔、金属表面催化钝化以及阴极抑制三种腐蚀防护机制协同作用的功能。以GNP/PANI为功能添加剂,发明了石墨烯-聚苯胺改性水性环氧纳米防腐涂料产品, 经过国家涂料质量监督检验中心检测表明,在抛砂钢板涂覆100μm厚度,耐盐雾达到1440 h,技术指标超过了相同厚度油性环氧防腐涂料的800 h。 3、发明了碳纳米复合材料在聚合物基体中的界面调控方法。发现高分子超分散剂的结构对碳纳米复合材料在聚合物基体中的分散稳定性以及界面粘接状态的有效调控。攻克了碳纳米材料与聚合物基体界面粘接强度较差的技术难题。极大地拓展了聚合物材料在金属防腐、导静电、导热、防紫外、吸波隐身以及航天航空等领域的应用需求。 项目形成授权发明专利16件, 1项科技成果通过中国石油与化学联合会组织的鉴定,整体技术达到国际先进水平。主持完成了1项团体标准,推动了环保型纳米涂料的工业应用。相关研究成果发表SCI论文17篇,国内EI与核心论文4篇。绿色环保型涂层材料以及功能纳米复合材料专利产品技术在相关企业得到有效转化,近3年来,新增销售额超过25亿元,新增利税4.3亿元,取得显著的经济、生态环境以及社会效益。