[发明专利]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

说明书

本发明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SiO₂层，所述介孔SiO₂层的厚度为150～200nm，介孔的孔径为2～4nm。本发明以介孔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，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。

技术领域

本发明涉及功能材料技术领域，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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明以介孔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。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明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。

本发明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；