具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料及其制备方法，属于复合材料制备领域。该复合材料是先将碳纳米管表面进行活性处理，然后在活性处理后的碳纳米管表面接枝聚苯乙烯壳层，再将接枝后的碳纳米管加入到聚苯乙烯基质中，经过热压和冷压，脱模后得到。本发明专利技术还提供一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料的制备方法。本发明专利技术的复合材料常数高达214，介电常数为2.23。

【技术实现步骤摘要】
具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料制备领域，具体涉及一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料的制备方法。
技术介绍
近年来，微电子集成与组装技术得到了飞速的发展，电子电路向小型化、轻量化以及高度集成化的方向进化，这对材料的电性能、机械性能、生产成本、可加工性等综合性能提出了更高的要求。其中高性能的电介质材料是至关重要的，因为其在许多电子电路的无源元件，如电容器、电阻器和电感器等元件中有广泛的应用。电容器通常用于信号转换、解耦、滤波、动态随机存储器以及能量存储器等。随着电子封装技术的发展，电子产品的小型化使所述无源元件逐渐由原来的表面安装演变为被埋入(或嵌入)在基板中。具有高介电常数的电介质材料是嵌入式电容器用以实现小尺寸而减小寄生电感所必不可少的材料。另外，在高功率应用中，电介质电容器在电能存储中扮演着非常重要的作用，这是因为它可以在很短的时间内存储和提取电能，实现能量的快速存储和释放。这对于传统的电池和电气双层电容器(超级电容器)来说，通常是难以实现的。为了满足上述应用的需求，具有高介电常数的电介质材料还要求同时具有较低的介电损耗以减小运行过程中的能量损失和放热，以及较高的击穿强度以满足较高的运行场强和较高的能量存储。由于纳米填料和聚合物之间的表面能差别较大，相容性差，因此在制备复合材料的过程中，纳米颗粒在树脂基体中极其容易团聚。纳米颗粒团聚一方面容易形成漏电通路，增大漏电电流和介电损耗；另一方面，纳米颗粒团聚会形成气孔，降低击穿强度；同时，纳米颗粒团聚还会弱化其他性能，如机械性能。因此，人们为了制得分散性良好的复合材料，做了大量的研究工作，主要是通过对纳米颗粒进行适当的处理，以提高纳米颗粒在树脂基体中的分散性。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有的复合材料不能同时满足介电常数高、介电损耗低的问题，而提供一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料及其制备方法。本专利技术首先提供一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料，该复合材料是先将碳纳米管表面进行活性处理，然后在活性处理后的碳纳米管表面接枝聚苯乙烯壳层，再将接枝后的碳纳米管加入到聚苯乙烯基质中，经过热压和冷压，脱模后得到。优选的是，所述的碳纳米管为表面带有羟基的碳纳米管。本专利技术还提供一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料的制备方法，该方法包括：步骤一：将碳纳米管用硅烷偶联剂进行改性，得到表面带有巯基的碳纳米管；步骤二：将步骤一得到的表面带有巯基的碳纳米管和苯乙烯单体进行自由基聚合，得到表面接枝聚苯乙烯壳层的碳纳米管MWCNT@PS；步骤三：将步骤二得到的表面接枝聚苯乙烯壳层的碳纳米管MWCNT@PS加入到聚苯乙烯基质中反应，得到MWCNT@PS/PS复合材料；步骤四：将步骤三中得到的MWCNT@PS/PS复合材料置于模具中热压，然后转移至冷压机中冷压，脱模后得到具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料。优选的是，所述步骤一的碳纳米管和硅烷偶联剂的质量比为1：10。优选的是，所述的步骤二的聚合温度为65-75℃，反应时间为6h。优选的是，所述的表面带有巯基的碳纳米管和苯乙烯单体的质量比为1:60。优选的是，所述的步骤三的反应温度为70-90℃，反应时间为30-40min。优选的是，所述的表面接枝聚苯乙烯壳层的碳纳米管MWCNT@PS和聚苯乙烯的质量百分比为(1-4)：(96％-99)。优选的是，所述的热压压力为8-13Mpa，温度为150-170℃，热压时间为3-10分钟。优选的是，所述的冷压压力为8-13MPa，温度为20-30℃，时间为3-5分钟。本专利技术的有益效果本专利技术提供一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料及其制备方法，该复合材料是将表面羟基化的多壁碳纳米管表面改性成携带巯基的多壁碳纳米管，利用巯基的链转移的特性，在多壁碳纳米管表面上接枝一层聚苯乙烯壳层，再将填料与聚苯乙烯进行溶液共混，热压和冷压脱模后得到样品。所述的多壁碳纳米管表面的聚苯乙烯壳层有效的防止临近碳纳米管的相互接触，抑制漏电电流的产生，降低介电损耗。并且该复合材料是以聚苯乙烯为基质，表面接枝聚苯乙烯壳层的多壁碳纳米管会和基质有一定的亲和性，使多壁碳纳米管在基质中分散的更好。实验结果表明：本专利技术的复合材料的介电性能高达214，介电常数为2.23。同时本专利技术的制备方法简单，原料易得。附图说明图1为实施例1所制得复合材料的核磁共振氢谱图；图2为实施例2、6和对比例1和3所制得复合材料的扫面电镜图；图3为实施例1-7所制得复合材料在室温下测得100Hz时的介电常数和介电损耗随碳纳米管质量分数变化的关系图；图4为对比例1-6所制得复合材料在室温下测得100Hz时的介电常数和介电损耗随碳纳米管质量分数变化的关系图。具体实施方式本专利技术首先提供一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料，该复合材料是先将碳纳米管表面进行活性处理，然后在活性处理后的碳纳米管表面接枝聚苯乙烯壳层，再将接枝后的碳纳米管加入到聚苯乙烯基质中，经过热压和冷压，脱模后得到。按照本专利技术，所述的聚苯乙烯来源为商购，优选为扬子石化-巴斯夫公司，密度1.05g/cm3。所述的碳纳米管优选为表面带有羟基的碳纳米管，优选为中国科学院成都有机化学有限公司生产的型号为TNMO3。本专利技术的复合材料是以聚苯乙烯为基体，以改性后的多壁碳纳米管分布在聚苯乙烯基体中，以表面带有羟基的碳纳米管作为导电填料与聚苯乙烯进行溶液共混，其中表面带羟基的碳纳米管在改性后，表面会携带巯基，在通过自由基聚合与巯基的链转移特性，将碳纳米管表面包覆聚苯乙烯壳层，有效减少碳纳米管之间的接触。本专利技术还提供一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料的制备方法，该方法包括：本专利技术还提供一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料的制备方法，该方法包括：步骤一：将碳纳米管用硅烷偶联剂进行改性，得到表面带有巯基的碳纳米管；步骤二：将步骤一得到的表面带有巯基的碳纳米管和苯乙烯单体进行自由基聚合，得到表面接枝聚苯乙烯壳层的碳纳米管MWCNT@PS；步骤三：将步骤二得到的表面接枝聚苯乙烯壳层的碳纳米管MWCNT@PS加入到聚苯乙烯基质中反应，得到MWCNT@PS/PS复合材料；步骤四：将步骤三中得到的MWCNT@PS/PS复合材料置于模具中热压，然后转移至冷压机中冷压，脱模后得到具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料。按照本专利技术，先将碳纳米管分散在溶剂中，然后加入硅烷偶联剂，优选在室温下搅拌20-24h，超生离心后，得到表面带有巯基的碳纳米管；所述的碳纳米管优选为表面带有羟基的碳纳米管，溶剂优选为乙醇，所述碳纳米管和硅烷偶联剂的质量比优选为1：10；所述的硅烷偶联剂的型号优选为KH590。按照本专利技术，将表面携带巯基的多壁碳纳米管与苯乙烯单体加入到反应容器中进行自由基聚合，得到表面接枝聚苯乙烯壳层的多壁碳纳米管MWCNT@PS；所述的表面携带巯基的多壁碳纳米管与苯乙烯单体的质量比优选为1：60；所述的反应温度优选为65-75℃，更优选为70℃，反应时间为6-10h，更优选为6h。按照本专利技术，将MWCNT@PS和聚苯乙烯溶于溶剂中，完全溶解后超生分散，得到MWCNT@本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料，其特征在于，该复合材料是先将碳纳米管表面进行活性处理，然后在活性处理后的碳纳米管表面接枝聚苯乙烯壳层，再将接枝后的碳纳米管加入到聚苯乙烯基质中，经过热压和冷压，脱模后得到。

【技术特征摘要】
1.一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料，其特征在于，该复合材料是先将碳纳米管表面进行活性处理，然后在活性处理后的碳纳米管表面接枝聚苯乙烯壳层，再将接枝后的碳纳米管加入到聚苯乙烯基质中，经过热压和冷压，脱模后得到。2.根据权利要求1所述的一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料，其特征在于，所述的碳纳米管为表面带有羟基的碳纳米管。3.权利要求1或2所述的一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：步骤一：将碳纳米管用硅烷偶联剂进行改性，得到表面带有巯基的碳纳米管；步骤二：将步骤一得到的表面带有巯基的碳纳米管和苯乙烯单体进行自由基聚合，得到表面接枝聚苯乙烯壳层的碳纳米管MWCNT@PS；步骤三：将步骤二得到的表面接枝聚苯乙烯壳层的碳纳米管MWCNT@PS加入到聚苯乙烯基质中反应，得到MWCNT@PS/PS复合材料；步骤四：将步骤三中得到的MWCNT@PS/PS复合材料置于模具中热压，然后转移至冷压机中冷压，脱模后得到具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料。4.根据权利要求3所述的一种具有核壳结构的碳纳米管掺杂聚苯乙烯基复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一的碳纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙树林，赵轩晨，毕愿晶，宋士新，吕雪，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22