一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯的制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及聚苯乙烯技术领域，且公开了一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，巯基化碳纳米管含有丰富的巯基基团，实现对碳纳米管的功能化表面改性，在苯乙烯乳液聚合过程中，巯基化碳纳米管的巯基与苯乙烯的烯基发生巯基‑烯基点击化反应，从而将碳纳米管通过共价键与聚苯乙烯有机结合，通过化学共价键的修饰作用，明显改善了碳纳米管与聚苯乙烯的界面结合力和亲和性，避免了碳纳米管在聚苯乙烯基体中分散不均匀和发生团聚的现象，导电性和力学性能优异的碳纳米管高度分散，作为化学交联位点，显著提高了聚苯乙烯的介电性能和机械强度，拓宽了聚苯乙烯的应用范围和实际使用性能。

【技术实现步骤摘要】
一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯的制备方法和应用
本专利技术涉及聚苯乙烯
，具体为一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯的制备方法和应用。
技术介绍
介电材料具有良好的介电常数和更小的介电损耗性能，随着电子产品向小型化、轻量化和功能化的不断发展，需要开发综合性能优良的高分子聚合物基介电材料，目前可以加入微量的导电粒子，如石墨烯、碳纳米管、纳米银等，在聚合物基体中构建渗流体系，可以明显提高材料的介电常数和介电性能。聚苯乙烯具有耐热性、耐化学性、易加工性能，并且成本低廉，可以制成包装材料、塑料、器皿等，是一种应用广泛的热塑性塑料，但是聚苯乙烯是典型的非极性聚合物，与极性纳米填料，如纳米二氧化硅、石墨烯、碳纳米管等之间的界面结合力较弱，亲和性较差，导致纳米填料在聚苯乙烯中容易发生团聚，影响聚苯乙烯材料的机械强度、介电性能、阻燃性等综合性能。碳纳米管是由石墨烯片卷曲成的一维管状结构，具有特殊的机械性能、力学性能、热力学性能和电性能等，是一种优异的纳米功能性填料，可以提高环氧树脂、丙烯酸树脂、聚苯乙烯等有机高分子材料的综合性能，但是碳纳米管的比表面积很大，纳米粒子之间的范德华力较大，容易发生团聚，影响聚苯乙烯等高分子材料的性能，因此改善对碳纳米管进行表面改性，改善与聚苯乙烯的界面结合力和亲和性，避免发生团聚成为研究热点。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯的制备方法和应用，改善了碳纳米管和聚苯乙烯的界面结合力和亲和性，避免发生团聚。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，所述巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯的制备方法包括以下步骤：(1)向锥形瓶中加入浓硫酸和浓硝酸混合溶液，再加入碳纳米管，超声分散均匀后，置于回流反应装置中，加热至85-95℃，匀速搅拌反应2-8h，加入蒸馏水稀释、离心分离、洗涤并干燥，得到羧基碳纳米管。(2)向锥形瓶中加入氯化亚砜和羧基碳纳米管，加热至60-80℃，匀速搅拌回流反应12-24h，减压蒸馏、乙醇洗涤并干燥，得到酰氯化碳纳米管。(3)向锥形瓶中加入二氯甲烷溶剂和酰氯巯基化碳纳米管，超声分散均匀后加入三乙胺和2-巯基乙醇，加热至40-60℃，回流反应24-36h，离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤并干燥，得到巯基化碳纳米管。(4)向锥形瓶中加入蒸馏水溶剂、巯基化碳纳米管、苯乙烯、分散剂聚乙烯醇和引发剂偶氮二异丁腈，加热至70-80℃，匀速搅拌反应6-12h，离心分离、蒸馏水洗涤并干燥，得到巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，应用于高介电材料中。优选的，所述步骤(1)中的回流反应装置包括磁力加热搅拌器，磁力加热搅拌器内部设置有磁力搅拌器，磁力搅拌器内部活动连接有轴承，轴承活动连接有旋转轴，旋转轴固定连接有旋转片，旋转片上方固定连接有磁铁，磁力搅拌器内部两侧设置有加热片，磁力搅拌器上方是一种锥形瓶，锥形瓶活动连接有冷凝管，冷凝管固定连接有上出水口和下进水口。优选的，所述步骤(2)中的氯化亚砜和氯化亚砜和羧基碳纳米管的质量比为50-100:1。优选的，所述步骤(3)中的酰氯巯基化碳纳米管、三乙胺和2-巯基乙醇的质量比为1:50-80:150-250。优选的，所述步骤(4)中的巯基化碳纳米管、苯乙烯、聚乙烯醇和偶氮二异丁腈的质量比为0.3-1:100:1.5-3.5:5-8。附图说明图1是水浴反应装置结构示意图；图2是载物台俯视结构示意图；图3是载物台俯视结构示意图。1-磁力加热搅拌器；2-磁力搅拌器；3-轴承；4-旋转轴；5-旋转片；6-磁铁；7-加热片；8-锥形瓶；9-冷凝管；10-上出水口；11-下进水口。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：该一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，通过浓硫酸和浓硝酸的混酸活化，得到羧基碳纳米管，含有丰富的羧基，与氯化亚砜反应，得到酰氯化碳纳米管，酰氯基团再与2-巯基乙醇的羟基反应，从而得到巯基化碳纳米管，实现对碳纳米管的功能化表面改性。该一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，在苯乙烯乳液聚合过程中，巯基化碳纳米管的巯基与苯乙烯的烯基发生巯基-烯基点击化反应，从而将碳纳米管通过共价键与聚苯乙烯有机结合，通过化学共价键的修饰作用，明显改善了碳纳米管与聚苯乙烯的界面结合力和亲和性，避免了碳纳米管在聚苯乙烯基体中分散不均匀和发生团聚的现象，导电性和力学性能优异的碳纳米管高度分散，作为化学交联位点，显著提高了聚苯乙烯的介电性能和机械强度，拓宽了聚苯乙烯的高介电材料中的实际使用。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，制备方法包括以下步骤：(1)向锥形瓶中加入浓硫酸和浓硝酸混合溶液，再加入碳纳米管，超声分散均匀后，置于回流反应装置中，回流反应装置包括磁力加热搅拌器，磁力加热搅拌器内部设置有磁力搅拌器，磁力搅拌器内部活动连接有轴承，轴承活动连接有旋转轴，旋转轴固定连接有旋转片，旋转片上方固定连接有磁铁，磁力搅拌器内部两侧设置有加热片，磁力搅拌器上方是一种锥形瓶，锥形瓶活动连接有冷凝管，冷凝管固定连接有上出水口和下进水口，加热至85-95℃，匀速搅拌反应2-8h，加入蒸馏水稀释、离心分离、洗涤并干燥，得到羧基碳纳米管。(2)向锥形瓶中加入质量比为50-100:1的氯化亚砜和羧基碳纳米管，加热至60-80℃，匀速搅拌回流反应12-24h，减压蒸馏、乙醇洗涤并干燥，得到酰氯化碳纳米管。(3)向锥形瓶中加入二氯甲烷溶剂和酰氯巯基化碳纳米管，超声分散均匀后加入三乙胺和2-巯基乙醇，三者质量比为1:50-80:150-250，加热至40-60℃，回流反应24-36h，离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤并干燥，得到巯基化碳纳米管。(4)向锥形瓶中加入蒸馏水溶剂、质量比为0.3-1:100:1.5-3.5:5-8的巯基化碳纳米管、苯乙烯、分散剂聚乙烯醇和引发剂偶氮二异丁腈，加热至70-80℃，匀速搅拌反应6-12h，离心分离、蒸馏水洗涤并干燥，得到巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，应用于高介电材料中。实施例1(1)向锥形瓶中加入浓硫酸和浓硝酸混合溶液，再加入碳纳米管，超声分散均匀后，置于回流反应装置中，回流反应装置包括磁力加热搅拌器，磁力加热搅拌器内部设置有磁力搅拌器，磁力搅拌器内部活动连接有轴承，轴承活动连接有旋转轴，旋转轴固定连接有旋转片，旋转片上方固定连接有磁铁，磁力搅拌器内部两侧设置有加热片，磁力搅拌器上方是一种锥形瓶，锥形瓶活动连接有冷凝管，冷凝管固定连接有上出水口和下进水口，加热至85℃，匀速搅拌反应2h，加入蒸馏水稀释、离心分离、洗涤并干燥，得到羧基碳纳米管。(2)向锥形瓶中加入质量比为50:1的氯化亚砜和羧基碳纳米管，加热至60℃，匀速搅拌回流反应12h，减压蒸馏、乙醇洗涤并干燥，得到酰氯化碳纳米管。(3)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，其特征在于：所述巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯的制备方法包括以下步骤：/n(1)向锥形瓶中加入浓硫酸和浓硝酸混合溶液，再加入碳纳米管，超声分散均匀后，置于回流反应装置中，加热至85-95℃，匀速搅拌反应2-8h，加入蒸馏水稀释、离心分离、洗涤并干燥，得到羧基碳纳米管。/n(2)向锥形瓶中加入氯化亚砜和羧基碳纳米管，加热至60-80℃，回流反应12-24h，减压蒸馏、乙醇洗涤并干燥，得到酰氯化碳纳米管。/n(3)向锥形瓶中加入二氯甲烷溶剂和酰氯巯基化碳纳米管，超声分散均匀后加入三乙胺和2-巯基乙醇，加热至40-60℃，回流反应24-36h，离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤并干燥，得到巯基化碳纳米管。/n(4)向锥形瓶中加入蒸馏水溶剂、巯基化碳纳米管、苯乙烯、分散剂聚乙烯醇和引发剂偶氮二异丁腈，加热至70-80℃，反应6-12h，离心分离、蒸馏水洗涤并干燥，得到巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，应用于高介电材料中。/n

【技术特征摘要】
1.一种巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，其特征在于：所述巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯的制备方法包括以下步骤：
(1)向锥形瓶中加入浓硫酸和浓硝酸混合溶液，再加入碳纳米管，超声分散均匀后，置于回流反应装置中，加热至85-95℃，匀速搅拌反应2-8h，加入蒸馏水稀释、离心分离、洗涤并干燥，得到羧基碳纳米管。
(2)向锥形瓶中加入氯化亚砜和羧基碳纳米管，加热至60-80℃，回流反应12-24h，减压蒸馏、乙醇洗涤并干燥，得到酰氯化碳纳米管。
(3)向锥形瓶中加入二氯甲烷溶剂和酰氯巯基化碳纳米管，超声分散均匀后加入三乙胺和2-巯基乙醇，加热至40-60℃，回流反应24-36h，离心分离除去溶剂，使用乙醇洗涤并干燥，得到巯基化碳纳米管。
(4)向锥形瓶中加入蒸馏水溶剂、巯基化碳纳米管、苯乙烯、分散剂聚乙烯醇和引发剂偶氮二异丁腈，加热至70-80℃，反应6-12h，离心分离、蒸馏水洗涤并干燥，得到巯基化碳纳米管改性聚苯乙烯，应用于高介电材料中。


2.根据权利要求1所述的一种巯...

【专利技术属性】
技术研发人员：张红梅，
申请(专利权)人：桐乡市华璟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33