專利名稱：一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料及其制備方法，尤其是PVC和PAMM共混基聚苯胺、碳納米管復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚苯胺是一種最有應(yīng)用前景的導(dǎo)電高分子材料，因?yàn)樗哂辛己玫臒岱€(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性和電化學(xué)可逆性，優(yōu)良的電磁微波吸收性能，原料易得，合成方法簡(jiǎn)便，還有獨(dú)特的摻雜現(xiàn)象等特性。目前在聚苯胺的制備和應(yīng)用研究都取得的了令人矚目的進(jìn)展，但是不管是通過化學(xué)氧化還是電化學(xué)法制備的聚苯胺都是粉體材料，在實(shí)際應(yīng)用中難以進(jìn)行成形加工。圍繞聚苯胺成形應(yīng)用研究，人們進(jìn)行了很多努力。先后出現(xiàn)了聚苯胺膜材料、聚苯胺修飾電極材料、聚苯胺修飾傳感器、電磁屏蔽涂料、金屬器件防腐涂料，這些研究集中在從粉體材料粉體的物理性質(zhì)出發(fā)不考慮將聚苯胺基材料做成大體積導(dǎo)電材料，而只考慮其作為修飾和膜材料的應(yīng)用。在考慮大體積聚苯胺成形處理工藝方面來看，出現(xiàn)了水溶性聚苯胺、聚苯胺與常用高分子材料的共混、共溶、共熔、共聚等方法，這些方法的目標(biāo)是制備出能實(shí)際應(yīng)用的聚苯胺大體積材料；另外，一些研究者還研究了靜壓成形材料并將其應(yīng)用于無水體系。另外，Vincent和Armes等還提出來開發(fā)水相膠體分散體系是解決難于成型加工缺點(diǎn)的重要方法。人們已經(jīng)開發(fā)了聚苯胺包覆無機(jī)納米顆粒(例如Si02、Ti02、W C等)等材料，聚苯胺包覆有機(jī)納米顆粒(例如PS、PMMA等)等材料。這些有聚苯胺包覆的材料能在一定程度上解決聚苯胺的加工性。對(duì)于導(dǎo)電高分子材料來說，還有一個(gè)缺點(diǎn)就是導(dǎo)電率還是不能與金屬相媲美。
針對(duì)聚苯胺難于成形加工這一自身的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種可以制備大體積和大面積的聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料的方法，該方法不僅能夠解決聚苯胺的成形問題，還能使得到的復(fù)合材料具有較高的導(dǎo)電率，而且制備的復(fù)合導(dǎo)電材料由于具有有機(jī)大分子的骨架結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料可以有效的克服由于聚苯胺吸水體積增長(zhǎng)導(dǎo)致的變形，所以該復(fù)合材料可以應(yīng)用于有水的體系。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，這是一種聚氯乙烯 (PVC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PAMM)共混基聚苯胺、碳納米管復(fù)合材料的制備方法，采用本發(fā)明的方法制備的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有物理性質(zhì)穩(wěn)定、導(dǎo)電率高、易于成形加工等特點(diǎn)。
本發(fā)明工藝流程及工藝控制條件如下①將碳納米管和聚苯胺超聲分散在有機(jī)溶劑中形成穩(wěn)定的分散體系，超聲時(shí)間為 30 45min，超聲分散過程中要將分散體系密封，以防有機(jī)溶劑揮發(fā)，超聲分散好的分散體系保持在攪拌條件下備用，其中碳納米管的用量占最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的I 30%， 聚苯胺的添加量占最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的20 65%，有機(jī)溶劑添加量為能完全有效分散碳納米管和聚苯胺即可；②將聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯溶解在有機(jī)溶劑中制得混合溶液，其中聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯混合物的用量以占最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的30% 70%，聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯的質(zhì)量比為1:4 4:1 ;有機(jī)溶劑的選取要與步驟①的種類相同，有機(jī)溶劑添加量為能完全溶解聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯即可；
③將步驟①和步驟②制備的溶液在攪拌狀態(tài)下混合，并在攪拌條件下加熱至45°C 60°C揮發(fā)有機(jī)溶劑，得到粘稠度較高的粘流態(tài)復(fù)合物，將粘流態(tài)復(fù)合物在成形模子中進(jìn)行室溫多次澆鑄成形，每層澆鑄的厚度要小于0. 5cm，澆鑄完成后將樣品加熱到100°C 150°C熱處理2 3小時(shí)，即得到導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。本發(fā)明中所述第①、②部分的工藝步驟還可以是先將聚苯胺和碳納米管分散在溶解了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或者聚氯乙烯(PVC)的有機(jī)溶液(有機(jī)溶劑的選擇與步驟 ①和②中相同)中，混合溶液經(jīng)超聲分散得到穩(wěn)定的分散系統(tǒng)，再將分散系統(tǒng)與已經(jīng)溶解好的聚氯乙烯(PVC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)有機(jī)溶液(有機(jī)溶劑的選擇與步驟①和②中相同)共混，攪拌加熱、成型，加熱處理后，即得到導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，此過程中制備復(fù)合材料的原料的量與步驟①和②中選取的量相同。本發(fā)明中所述有機(jī)溶劑為四氫呋喃、氯仿、N-甲基吡咯烷酮中一種。本發(fā)明中所述碳納米管是市購碳納米管經(jīng)過體積比為3 1的濃硫酸和濃硝酸混合酸在50°C 60°C活化處理3 5小時(shí)制得。本發(fā)明另一目的是提供一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果
(1)本發(fā)明制備的PVC和PAMM共混基聚苯胺、碳納米管復(fù)合材料成形工藝簡(jiǎn)單，通過原位聚合法將聚苯胺包覆在碳納米管表面，通過本方法制備的復(fù)合材料的機(jī)械性能好、導(dǎo)電率高，還具備了聚苯胺的催化活性等優(yōu)點(diǎn)，可以作為中性和酸環(huán)境的電極材料或者作為防腐、導(dǎo)電涂層材料使用；
(2)本發(fā)明方法不僅能夠解決聚苯胺的成形問題，還能使得到的復(fù)合材料具有較高的導(dǎo)電率，通過本方法能夠得到大體積和大面積的聚苯胺導(dǎo)電復(fù)合材料，且制備的復(fù)合導(dǎo)電材料具有有機(jī)大分子的骨架結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料可以有效的克服由于聚苯胺吸水體積增長(zhǎng)導(dǎo)致的變形，所以該復(fù)合材料可以應(yīng)用于有水的體系。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。實(shí)施例I :本導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，具體內(nèi)容如下
①將0.3g碳納米管和I. 2g聚苯胺超聲分散在20ml四氫呋喃中形成穩(wěn)定的分散體系，超聲頻率為40KHZ，超聲時(shí)間40min，超聲分散過程在密封條件下進(jìn)行，超聲分散好的分散體系在攪拌條件下備用，其中碳納米管的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的10%，聚苯胺的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的40%，有機(jī)溶劑添加量為能完全溶解碳納米管和聚苯胺即可；
②將I.Og聚甲基丙烯酸甲酯與0. 5g聚氯乙烯溶解在50ml四氫呋喃中，磁力攪拌制得混合溶液，其中聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯混合物的用量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的50%，聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯的質(zhì)量比為2:1，有機(jī)溶劑添加量為能完全溶解聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯即可；
③將步驟①和步驟②制備的溶液在攪拌狀態(tài)下混合，并在攪拌條件下加熱至50°C揮發(fā)有機(jī)溶劑，得到粘稠度較高的粘流態(tài)復(fù)合物，將粘流態(tài)復(fù)合物在室溫下，在直徑為4cm的圓形容器內(nèi)澆鑄成形，每層澆鑄的厚度小于0. 5cm,澆鑄完成后將樣品加熱到130°C熱處理2小時(shí)，即得到導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，所得樣品導(dǎo)電率12S/cm，厚度1. 5_。實(shí)施例2 :本導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，具體內(nèi)容如下
①將0.96g碳納米管(經(jīng)過體積比為3 1的濃硫酸和濃硝酸混合酸在60°C活化處理3小時(shí)制得)和0. 64g聚苯胺超聲分散在20ml氯仿中形成穩(wěn)定的分散體系，超聲頻率為 40KHZ，超聲時(shí)間30min，超聲分散過程在密封條件下進(jìn)行，超聲分散好的分散體系在攪拌條件下備用，其中碳納米管的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的30%，聚苯胺的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的20%，有機(jī)溶劑添加量為能完全溶解碳納米管和聚苯胺即可；
②將I.2g聚甲基丙烯酸甲酯與0. 4g聚氯乙烯溶解在50ml氯仿中，磁力攪拌制得混合溶液，其中聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯混合物的用量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的50%，聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯的質(zhì)量比為3:1，有機(jī)溶劑添加量為能完全溶解聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯即可；
③將步驟①和步驟②制備的溶液在攪拌狀態(tài)下混合，并在攪拌條件下加熱至45°C揮發(fā)有機(jī)溶劑，得到粘稠度較高的粘流態(tài)復(fù)合物，將粘流態(tài)復(fù)合物在室溫下，在直徑為4cm的圓形容器內(nèi)澆鑄成形，每層澆鑄的厚度小于0. 5cm,澆鑄完成后將樣品加熱到100°C熱處理3小時(shí)，即得到導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，所得樣品導(dǎo)電率19S/cm，厚度1. 7_。
實(shí)施例3 :本導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，具體內(nèi)容如下
①將0.04g碳納米管(經(jīng)過體積比為3 1的濃硫酸和濃硝酸混合酸在55°C活化處理4小時(shí)制得)和2. 6g聚苯胺超聲分散在20ml N-甲基吡咯烷酮中形成穩(wěn)定的分散體系，超聲頻率為40KHZ，超聲時(shí)間45min，超聲分散過程在密封條件下進(jìn)行，超聲分散好的分散體系在攪拌條件下備用，其中碳納米管的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的I%，聚苯胺的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的65%，有機(jī)溶劑添加量為能完全溶解碳納米管和聚苯胺即可；
②將0.272g聚甲基丙烯酸甲酯與I. 088g聚氯乙烯溶解在50ml N-甲基吡咯烷酮中，磁力攪拌制得混合溶液，其中聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯混合物的用量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的34%，聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯的質(zhì)量比為1:4，有機(jī)溶劑添加量為能完全溶解聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯即可；
③將步驟①和步驟②制備的溶液在攪拌狀態(tài)下混合，并在攪拌條件下加熱至60°C揮發(fā)有機(jī)溶劑，得到粘稠度較高的粘流態(tài)復(fù)合物，將粘流態(tài)復(fù)合物在室溫下，在直徑為4cm的圓形容器內(nèi)澆鑄成形，每層澆鑄的厚度小于0. 5cm,澆鑄完成后將樣品加熱到150°C熱處理
2.5小時(shí)，即得到導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，所得樣品為導(dǎo)電率7S/cm，厚度3mm。
實(shí)施例4 :本導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，具體內(nèi)容如下
①將聚苯胺和碳納米管(經(jīng)過體積比為3 :1的濃硫酸和濃硝酸混合酸在55°C活化處理4小時(shí)制得)先分散在溶解了聚甲基丙烯酸甲酯的四氫呋喃溶液中(四氫呋喃的添加量為能完全溶解聚甲基丙烯酸甲酯即可)，混合溶液經(jīng)超聲密封分散35min后得到分散系統(tǒng)，再將分散系統(tǒng)與已經(jīng)溶解好的聚氯乙烯四氫呋喃溶液在攪拌狀態(tài)下混合(四氫呋喃的添加量為能完全溶解聚氯乙烯即可)，其中碳納米管的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的10%’聚苯胺的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的30%，聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯混合物的用量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的60%，聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯的質(zhì)量比為4:1 ; ②步驟①制得的混合溶液在攪拌條件下加熱至55°C揮發(fā)有機(jī)溶劑，得到粘稠度較高的粘流態(tài)復(fù)合物，將粘流態(tài)復(fù)合物在室溫下澆鑄成形，每層澆鑄的厚度小于0. 5cm，澆鑄完成后將樣品加熱到140°C熱處理2小時(shí)，即得到導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，所得樣品導(dǎo)電率IOS/cm,厚度2mm。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行 ①將碳納米管和聚苯胺超聲分散在有機(jī)溶劑中形成穩(wěn)定的分散體系，超聲時(shí)間30 45min，超聲分散過程在密封條件下進(jìn)行，超聲分散好的分散體系在攪拌條件下備用，其中碳納米管的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的I 30%，聚苯胺的添加量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的20 65%，有機(jī)溶劑添加量為能完全有效分散碳納米管和聚苯胺即可； ②將聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯溶解在有機(jī)溶劑中，攪拌制得混合溶液，其中聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯混合物的用量為最終制得的復(fù)合材料質(zhì)量的30% 70%，聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯的質(zhì)量比為1:4 4:1，有機(jī)溶劑添加量為能完全溶解聚甲基丙烯酸甲酯與聚氯乙烯即可； ③將步驟①和步驟②制備的溶液在攪拌狀態(tài)下混合，并在攪拌條件下加熱至45 60°C揮發(fā)有機(jī)溶劑，得到粘稠度較高的粘流態(tài)復(fù)合物，將粘流態(tài)復(fù)合物在室溫下澆鑄成形，每層澆鑄的厚度小于0. 5cm，澆鑄完成后將樣品加熱到100°C 150°C熱處理2 3小時(shí)，SP得到導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，其特征在于制備時(shí)，將聚苯胺和碳納米管先分散在溶解了聚甲基丙烯酸甲酯或者聚氯乙烯的有機(jī)溶液中，混合溶液經(jīng)超聲分散得到分散系統(tǒng)，再將分散系統(tǒng)與已經(jīng)溶解好的聚氯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯有機(jī)溶液混合，攪拌加熱、成型，加熱處理后，即得到導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，其特征在于有機(jī)溶劑為四氫呋喃、氯仿、N-甲基吡咯烷酮中一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，其特征在于碳納米管是碳納米管經(jīng)過體積比為3 1的濃硫酸和濃硝酸混合酸在50°C 60°C活化處理3 5小時(shí)制得。
5.權(quán)利要求I或2所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法制得的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，該方法是一種聚氯乙烯(PVC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PAMM)共混基聚苯胺、碳納米管復(fù)合材料的制備方法，通過本方法制備的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料成形工藝簡(jiǎn)單、復(fù)合材料的機(jī)械性能好、導(dǎo)電率高，可以作為中性和酸環(huán)境的電極材料或者作為防腐、導(dǎo)電涂層材料使用。
文檔編號(hào)C08K7/00GK102977533SQ20121049385
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者付仁春, 郭忠誠 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)