一种以叠氮化丙烯酰氯‑苯乙烯共聚物改性碳纳米管为抗静电剂的聚苯乙烯超微粉体的制备方法，属于导热、抗静电改性工程塑料领域。本发明专利技术首先制备了丙烯酰氯‑苯乙烯共聚物；其次通过酰氯键与叠氮化钠反应制备了叠氮化丙烯酰氯‑苯乙烯共聚物；然后通过叠氮基团与碳纳米管反应，得到聚苯乙烯包覆改性的碳纳米管；最后将聚苯乙烯包覆改性的碳纳米管参与到苯乙烯的悬浮聚合，合成导热、抗静电的聚苯乙烯超微粉体。改性后的碳纳米管表面含有聚苯乙烯，增强了碳纳米管在苯乙烯单体中的分散性。该材料具有导热、抗静电性，可以用来制备出导热、抗静电3D打印产品。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及利用叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物修饰的碳纳米管为导热、抗静电 剂，利用悬浮聚合制备聚苯乙烯超微粉体，属于导热、抗静电领域。
技术介绍
3D打印，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品 的技术。这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为"第三 次工业革命"的核心技术。与传统制造技术相比，具有节省材料、不需要模具、工艺简单等优 点。3D打印技术在新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的 设计与制造等得到了应用。因此，3D打印产业受到了国内外越来越广泛的关注，将成为下一 个具有广阔发展前景的朝阳产业。 材料是3D打印的物质基础，也是当前制约3D打印发展的瓶颈。 聚苯乙烯（PS)属于热塑性树脂，熔融温度KKTC，受热后可熔化、粘结，冷却后可 以固化成型，收缩率较小等优点。 由于一般高分子材料具有绝缘性，在使用过程中易产生静电积聚，因此高分子材 料的抗静电性能成为人们探索的重要课题。碳纳米管因其优异的导电性能及其纳米级尺寸 被广泛应用于高分子材料抗静电领域的研究。由于碳纳米管的特殊结构，使其与溶剂及高 分子材料的相容性很差。所以要成功实现碳纳米管作为抗静电剂在高分子材料中的使用， 必须有效解决碳纳米管在高分子材料基体中的分散、及其与基体结合的相容性问题，碳纳 米管表面的有机改性是提高碳纳米管与聚合物基体相容性的常用方法。 传统的碳纳米管改性大都是通过碳纳米管的酸化来实现的，而碳管的酸化会破坏 碳纳米管的长径比，增加缺陷，不利于其在高分子材料中形成有效的导电网络。为克服上述 缺陷，同时增加改性的碳纳米管与基体材料的相容性，本专利技术通过丙烯酰氯-苯乙烯共聚 物与叠氮钠的水溶液反应获得叠氮化聚丙烯酰氯-苯乙烯共聚物，然后利用叠氮化丙烯酰 氯-苯乙烯共聚物在高温下产生氮烯基团与碳纳米管共价接枝获得丙烯酰氯-苯乙烯共聚 物共价功能化的碳纳米管，因为不经过酸化过程，能够在最小程度破坏碳纳米管的前提下 实现其表面的丙烯酰氯-苯乙烯共聚物共价功能化。
技术实现思路
本专利技术的目的是在对碳纳米管破坏程度最小的前提下，实现对其表面的改性。让 改性后的碳纳米管表面含有聚苯乙烯，增强了碳纳米管在苯乙烯单体中的分散性。通过在 悬浮聚合来制备导热、抗静电3D打印超微粉体。 本专利技术提供了一种以叠氮官能化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物无损改性碳纳米管为 介质的导热、抗静电聚苯乙烯超微粉体制备技术。本专利技术制备的叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯 共聚物通过共价键接枝到碳纳米管表面。 -种以叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物改性碳纳米管为抗静电剂的聚苯乙烯超 微粉体的制备方法，包括以下步骤：（1)制备丙烯酰氯-苯乙烯共聚物；（2)再让酰氯基团 与叠氮钠反应，获得叠氮化的丙烯酰氯-苯乙烯共聚物；(3)利用叠氮基团在高温下产生的 氮烯基团与碳纳米管表面（至少碳纳米管表面碳碳五元环可与之共价接枝）接枝获得改性 的碳纳米管；（5)最后将改性后的碳纳米管加入苯乙稀单体中进行悬浮聚合，合成导热、抗 静电的超微粉体。 本专利技术能够通过改变聚丙烯酸的分子量以及叠氮化程度来控制碳纳米管上丙烯 酰氯-苯乙烯共聚物的接枝量，可以通过接枝量和改性碳纳米管的量来控制材料的导热和 导电性。 步骤⑴以1，4_二氧六环为溶剂、AIBN引发剂，在58~60°C反应23~26h制得 丙烯酰氯-苯乙烯共聚物。在丙烯酰氯-苯乙烯共聚物中，丙烯酰氯与苯乙烯的摩尔比为 1:8~12, AIBN优选的用量为单体的2~3wt%。 步骤（2)在叠氮化时，采用丙烯酰氯-苯乙烯共聚物丙酮溶液，浓度为10~ 20wt %，酰氯基团与叠氮基团的摩尔比在1: (0. 5~2)之间，优选I: (1. 2~2)。冰浴条件 下反应4~6h。 步骤（3)将1质量份数的碳纳米管分散到500~600质量份溶剂中，超声波振荡 分散。将1份叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物溶解到25~35质量份数的溶剂中，并滴加 到碳纳米管分散液中，其中碳纳米管和叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物中的丙烯酰氯的质 量比为1: (5~20)，优选1: (8~15)。150~160 °C，反应2~3h，然后抽滤、洗涤、烘干获 得丙烯酰氯-苯乙烯共聚物的共价功能化碳纳米管。 步骤（4)将多壁碳纳米管的N，N-二甲基乙酰胺分散液升温至不低于150°C的条件 下，搅拌加入步骤（3)所获得的叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物，反应后，抽滤、洗涤、干燥。 步骤（5)悬浮聚合，以水为溶剂，加入明胶、SDBS和步骤（4)改性的碳纳米管，分 散均匀，然后加入含引发剂的苯乙烯单体80~85°C的条件下8~Ilh ; 水和苯乙烯的质量比优选1:3~5,改性碳纳米管占苯乙烯单体的质量分数为 0.5~3. 5wt%。SDBS用量为苯乙烯单体的0.5~2wt%，明胶用量为苯乙烯单体的1~ 3wt % 〇 本专利技术制备导热、抗静电的聚苯乙烯超微粉体。 本专利技术的微球不仅具有良好的抗静电性而且粒径大小在40微米左右，能很好地 应用到3D打印中。【附图说明】 图1为聚苯乙烯超微粉体的扫描电镜图； 其中a-d分别为碳纳米管含量为0. 5%、1 %、2%、3%时的聚苯乙烯超微粉体的扫 描电镜图。【具体实施方式】 下面结合实施例度本专利技术做进一步说明，但本专利技术并不限于以下实施例。 实施例1 : (1)丙烯酰氯-苯乙烯共聚物的制备：分别称取250mgAIBN，27mLl，4-二氧六环和 12. 5mL苯乙稀放入干燥的聚合瓶中，然后用注射器注入ImL丙稀酰氯，室温磁力搅拌IOmin 后升温至60°C搅拌24小时，得到浅黄色的丙烯酰氯-苯乙烯共聚物的溶液。 (2)叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物的制备：取步骤（1)反应制得的丙烯酰氯-苯 乙烯共聚物2. 5g溶于16mL丙酮中，然后将2. 5mL质量分数10 %的叠氮化钠水溶液滴入，在 冰浴条件下反应5h，反应完毕除去丙酮、水、氯化钠后，即可获得叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯 的共聚物。 (3)碳纳米管的接枝改性：取23mg多壁碳纳米管与20mLN，N-二甲基乙酰胺在单 口瓶中超声分散30分钟后，在磁力搅拌下升温至150°C，将含有2. 5g步骤（2)所获得的叠 氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物溶于N，N-二甲基乙酰胺溶液16mL滴加到三口瓶中，反应2h。 抽滤、洗涤、干燥后获得聚苯乙烯包覆的碳纳米管。 (4)导热、抗静电超微粉体的制备，将45mg步骤（3)的多壁碳纳米管，136mg明胶 和136mgSDBS分散到含有30mL水的三口烧瓶中，超声波振荡分散30min，然后将IOmL溶有 272mgAIBN的苯乙烯单体滴入，转速600r/min，反应温度85°C，反应时间10h。离心，洗涤， 干燥后得到导热、抗静电的聚苯乙烯超微粉体。 实施例2 : (1)丙烯酰氯-苯乙烯共聚物的制备：分别称取250mgAIBN，27mLl，4-二氧六环和 12. 5mL苯乙稀放入干燥的聚合瓶中，然后用注射器注入ImL丙稀酰氯，室温磁力搅拌IOmin 后升温至60°C搅拌24小时，得到浅黄色的丙烯酰氯-苯乙烯共聚物的溶液。当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以叠氮化丙烯酰氯‑苯乙烯共聚物改性碳纳米管为抗静电剂的聚苯乙烯超微粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）制备丙烯酰氯‑苯乙烯共聚物；（2）再让酰氯基团与叠氮钠反应，获得叠氮化的丙烯酰氯‑苯乙烯共聚物；（3）利用叠氮基团在高温下产生的氮烯基团与碳纳米管表面接枝获得改性的碳纳米管；（5）最后将改性后的碳纳米管加入苯乙烯单体中进行悬浮聚合，合成导热、抗静电的超微粉体。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：邹威，杜中杰，张晨，张敏，励杭泉，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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