一种导电聚苯乙烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种导电聚苯乙烯复合材料及其制备方法和应用，所述导电聚苯乙烯复合材料包括聚苯乙烯、石墨烯、碳纳米管、增韧剂、抗氧剂和硅烷偶联剂的组合；所述导电聚苯乙烯复合材料通过在聚苯乙烯基体中添加特定份数的石墨烯和碳纳米管作为导电剂，三维的石墨烯和二维的碳纳米管可以产生协同作用，在聚苯乙烯基体中构件导电网络，使得所述导电聚苯乙烯复合材料具有较低电阻率；并且通过添加增韧剂、硅烷偶联剂和抗氧剂，使得所述导电聚苯乙烯复合材料还具有优异的机械性能，可以同时满足对电学性能和机械性能的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种导电聚苯乙烯复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于复合材料
，具体涉及一种导电聚苯乙烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
聚苯乙烯(PS)作为五大通用树脂之一，随着科技的发展和社会的不断进步，其需求量也在不断地提高；而传统的应用领域已经趋近饱和，故此聚苯乙烯通过改性技术，极大的扩大了其应用范围，导电聚苯乙烯也逐渐广泛应用于塑料芯片、便携式电源、显示器、机器人、生命科学和太阳能等领域起。传统导电聚苯乙烯通过加入高填充量的传统导电填料以及一系列较为复杂的工艺程序来获得较低的电阻。由于高填充量的导电材料，导致了其自身力学性能差，流动性差，加工难度高等一系列生产问题，增加了生产商的成本，致使其利润降低，不利于该材料的继续发展。石墨烯的出现完美地解决了传统导电填料所带来的问题。石墨烯本身具有优异的力学性能、电学性能和自身结构。高流动性石墨烯改性导电聚苯乙烯，即利用石墨烯自身超高的电学性能，代替传统导电填料，在达到相同导电性能的同时，降低碳的添加量，避免碳含量过高造成的材料力学方面的缺陷。CN109280285A公开了一种利用废弃聚苯乙烯制备核壳结构导电聚苯乙烯粒子的方法，是将利用废旧聚苯乙烯功能化重塑的方法制备的聚苯乙烯粒子加入到含有导电材料的混合溶剂中进行搅拌使聚苯乙烯粒子表面溶胀，导电材料进入聚苯乙烯粒子表面溶胀网络空间，除去混合溶剂后得到外壳导电的聚苯乙烯粒子。得到额核壳结构导电聚苯乙烯粒子的制备方法制备的外壳导电聚苯乙烯，其工艺简单、导电材料用量小、导电率高、成本低，可以有效地解决导电聚苯乙烯制备工艺复杂、材料力学性能差和制备成本过高的问题。同时有效利用废弃聚苯乙烯，解决了废弃聚苯乙烯造成的环境污染问题。但是，该技术得到的是核壳结构的导电粒子，真正导电的是外面的壳，中心部位的聚苯乙烯依旧没有导电性，这会增加应用的局限性；核壳结构中的核与壳是两种不同的材料，两种材料的力学性能不同，有可能产生外表完整，但内部材料已经断裂的现象，或者内部材料完好单外表结构遭到破坏而丧失导电性，对最终产品的质量产生影响。CN110698801A公开了一种高流动性石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法。复合材料由以下组分构成：聚苯乙烯、导电材料、增韧剂、抗氧剂、流动改性剂、偶联剂、其它助剂。这种高流动性石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法提供了一种用于提高加工性能和导电性能的聚苯乙烯复合材料，结合“中度氧化”和“液相剥离技术”在溶液中原位制备充分剥离、均匀分散的石墨烯纳米片，生产工艺简便易实施，具有安全环保、且生产成本低的效果。CN110305416A公开了一种石墨烯/高分子导电复合材料及其制备方法。所述制备石墨烯/高分子导电的方法包括：将石墨烯分散于反溶剂中，得到石墨烯分散液；将石墨烯分散液和树脂溶液混合，析出树脂微球，以便得到固液混合物；将固液混合物过滤、干燥，以便得到复合物；利用复合物制备得到所述石墨烯/高分子导电复合材料。由此，树脂微球均匀粘附在石墨烯的表面上，进而实现石墨烯与树脂之间的良好分散，避免了常规加工过程中的石墨烯团聚现象，从而最大程度地发挥石墨烯在树脂基体中构建导电网络的能力，最终得到性能优异的石墨烯/高分子复合材料。但是，上述两种方法得到的聚苯乙烯导电材料只一味追求导电性能，却忽略了最终产品的机械性能，大量的导电剂的加入对产品的机械性能影响较大，特别是影响材料的拉伸强度和断裂强度，限制了聚苯乙烯导电材料的大范围应用。因此，开发一种兼具高导电性、高韧性和高抗冲强度的聚苯乙烯复合材料，是目前本领域急需解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种导电聚苯乙烯复合材料及其制备方法和应用，所述导电聚苯乙烯复合材料通过在聚苯乙烯基体中添加特定份数的石墨烯和碳纳米管作为导电剂，使得所述导电聚苯乙烯复合材料具有较低电阻率；并且添加增韧剂、硅烷偶联剂和抗氧剂，使得所述导电聚苯乙烯复合材料还具有优异的机械性能，可以同时满足对电学性能和机械性能的要求，应用广泛。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：第一方面，本专利技术提供一种导电聚苯乙烯复合材料，所述导电聚苯乙烯复合材料按照重量份包括如下组分：本专利技术提供的导电聚苯乙烯包括聚苯乙烯、石墨烯、碳纳米管、抗氧剂、硅烷偶联剂和增韧剂的组合；通过在聚苯乙烯基体中添加特定份数的石墨烯和碳纳米管，石墨烯和碳纳米管具有良好的导电性能，石墨烯为三维片状结构，碳纳米管为二维管状结构；二者共同作为导电剂加入到聚苯乙烯基体中，可以形成具有较大比表面积的三维网状结构，这种三维网状结构更加利于电子的转移，有效降低了所述导电聚苯乙烯复合材料的渗流阈值，因此，可以在添加份数较少的情况下达到有效降低材料电阻率的效果，进而对所述导电聚苯乙烯复合材料的机械性能影响较小；其次，添加增韧剂和抗氧剂，可以使得所述导电聚苯乙烯复合材料具有更加优异的机械性能；并且，添加硅烷偶联剂，可以使得所述聚苯乙烯基体和上述助剂之间具有更好的相容性，从而制备得到机械性能和力学性能都很优异的导电聚苯乙烯复合材料。所述聚苯乙烯可以为61重量份、62重量份、63重量份、64重量份、65重量份、66重量份、67重量份、68重量份或69重量份等。所述石墨烯可以为1.1重量份、1.2重量份、1.3重量份、1.4重量份、1.5重量份、1.6重量份、1.7重量份、1.8重量份或1.9重量份等。所述碳纳米管可以为2.1重量份、2.2重量份、2.3重量份、2.4重量份、2.5重量份、2.6重量份、2.7重量份、2.8重量份或2.9重量份等。所述增韧剂可以为4.3重量份、4.6重量份、4.9重量份、5.2重量份、5.5重量份、5.8重量份、6.1重量份、5.6重量份、5.9重量份、7.5重量份、8重量份或8.5重量份等。所述抗氧剂可以为1重量份、1.5重量份、2重量份、2.5重量份、3重量份、3.5重量份、4重量份、4.5重量份或5重量份等。所述硅烷偶联剂可以为1重量份、1.2重量份、1.4重量份、1.6重量份、1.8重量份、2重量份、2.2重量份、2.4重量份、2.6重量份或2.8重量份等。优选地，所述聚苯乙烯包括通用聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯或可发性聚苯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。优选地，所述石墨烯和碳纳米管的质量比为1:(1.5～2)，例如1:1.55、1:1.6、1:1.65、1:1.7、1:1.75、1:1.8、1:1.85、1:1.9或1:1.95等。作为本专利技术的优选技术方案，本专利技术中添加的石墨烯和碳纳米管的质量比为1:(1.5～2)时，可以产生更好的协同作用，可以在添加份数最少的状态下达到更加优异的导电效果；一方面，如果石墨烯的添加量过多，则会容易团聚，影响材料的机械性能也会产生浪费；另一方面，如果石墨烯的添加量过少，则无法形成完整的三维网状结构，影响材料的导电性能。优选地，所述石墨烯为酚胺改性石墨烯。优选地，所述酚胺改性石墨烯通过如下方法制备得到，所述方法包括：(1)将石墨烯加入多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述导电聚苯乙烯复合材料按照重量份包括如下组分：/n

【技术特征摘要】
1.一种导电聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述导电聚苯乙烯复合材料按照重量份包括如下组分：





2.根据权利要求1所述的导电聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述聚苯乙烯包括通用聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯或可发性聚苯乙烯中的任意一种或至少两种的组合。


3.根据权利要求1或2所述的导电聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯和碳纳米管的质量比为1:(1.5～2)；
优选地，所述石墨烯为酚胺改性石墨烯；
优选地，所述酚胺改性石墨烯通过如下方法制备得到，所述方法包括：
(1)将石墨烯加入多酚水溶液中，得到多酚-石墨烯混合溶液；
(2)将多胺加入步骤(1)得到的多酚-石墨烯混合溶液中，调节pH，搅拌，得到所述酚胺改性石墨烯；
优选地，所述多酚包括邻苯二酚和/或邻苯三酚；
优选地，所述多胺包括二乙烯三胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺、五乙烯六胺或六乙烯七胺中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述多酚水溶液中多酚的浓度为5～25mM；
优选地，所述石墨烯和多酚的质量比为1:(1～3)；
优选地，所述多酚和多胺的摩尔比为1:(0.3～3)；
优选地，所述调节pH值后体系的pH值为7～9；
优选地，所述搅拌的转速为30～100r/min；
优选地，所述搅拌的时间为5～60min。


4.根据权利要求1～3任一项所述的导电聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体或氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的任意一种或至少两种的组合。


5.根据权利要求1～4任一项所述的导电聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂包括四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和/或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯；
优选地，所述硅烷偶联剂包括γ...

【专利技术属性】
技术研发人员：许水民，杭炜峰，张志明，周豪，
申请(专利权)人：江苏中信国安新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32