一种导电高分子复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及了一种具有优异综合性能的导电高分子复合材料及其制备方法，该复合材料是由包含以下重量含量的组分制备而成的具有隔离结构的复合材料：聚苯乙烯97

【技术实现步骤摘要】
一种导电高分子复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有优异综合性能的导电高分子复合材料及其制备方法，属于聚合物基功能复合材料


技术介绍

[0002]随着现代电子电器和通信设备的迅速发展和广泛使用，虽然极大便利了人们的日常生活，但同时也带来了严重的电磁辐射污染。不同能量的电磁辐射不仅对精密电子仪器造成干扰，同时也会对人类的身体健康造成一定的危害。因此，电磁屏蔽材料的研究与开发已成为学术界和工业界日益重视的研究课题。相比于传统金属材料，导电高分子复合材料具有易加工、耐腐蚀、质轻价廉等优点，在电磁屏蔽领域展现出广阔的应用前景。在导电高分子复合材料中，通常采用高导电率的碳系纳米材料作为导电填料使用，如石墨，石墨烯，碳纳米管等；但碳系纳米导电填料由于极高的比表面积，在聚合物基体中容易发生团聚，而实现导电填料在聚合物基体中的均匀分散是获得优异宏观性能的关键所在。制备导电高分子复合材料的常用方法主要有溶液混合和熔融混合等。其中溶液混合可以实现导电填料在聚合物基体中的良好分散，制备出优异导电性能和电磁屏蔽性能的复合材料；然而由于溶液法需要使用大量的有机溶剂，污染大，成本高，不适合工业上的大规模生产加工。与溶液法相比，熔融混合在工业应用上更加实用，更有前景。Arjmand等通过熔融共混方法制备了聚苯乙烯/碳纳米管导电复合材料，发现当碳纳米管的添加量为5wt％和10wt％时，其复合材料的电导率分别为10
‑
11
和10
‑2S/m(M Arjmand,et al.Carbon,2012,50(14):5126
–
5134)。尽管随着导电填料含量的提高，材料的导电性能和电磁屏蔽性能均得到明显改善，但损害了材料的加工性能和力学性能，此外还提高了生产成本。近年来，有研究人员通过在聚合物基体中形成隔离结构导电网络，即将导电填料限制于聚合物基体颗粒之间的界面处，成功实现在较小导电填料添加量下大幅提升复合材料的导电性能，电磁屏蔽性能也得到明显改善。如李忠明等通过构建隔离结构实现了仅添加0.5wt％的碳纳米管时，其复合材料的电导率就达到了4.2S/m(一种隔离结构碳纳米管/聚乳酸电磁屏蔽复合材料的制备方法：中国专利申请，201510489940.6)。虽然隔离结构的构建可以在导电填料低添加量下形成导电网络，但选择分布在聚合物粒子界面处的导电填料极大限制了不同聚合物分子链之间的扩散和发生链缠结，界面粘结力差，从而导致其复合材料的力学性能较差，限制了其广泛应用。

技术实现思路

针对以上缺陷，本专利技术提供一种优异综合性能的导电高分子复合材料，实现了材料导电性能和拉伸强度的调节平衡。本专利技术的另一个目的在于提供所述的导电高分子复合材料的制备方法，该方法的优势在于制备过程简单，生产成本低，可实现大规模生产。为达到以上专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种导电高分子复合材料，该复合材料是由包含以下重量含量的组分制备而成的
具有隔离结构的复合材料：聚苯乙烯(PS)97
‑
99％，多壁碳纳米管表面可控接枝聚苯乙烯(PS
‑
g
‑
MWCNT)0.1
‑
2％，多壁碳纳米管(MWCNT)0.5
‑
1％。作为一种优选的方案，聚苯乙烯的重均分子量为150000
‑
200000，颗粒粒径为50
‑
100μm；多壁碳纳米管的平均长度为1.5
‑
2.5μm，直径为9.5
‑
15nm，比表面积为250
‑
300m2/g。作为一种优选的方案，多壁碳纳米管表面可控接枝聚苯乙烯中的接枝聚苯乙烯是线型聚苯乙烯或支化聚苯乙烯。作为一种优选的方案，所述多壁碳纳米管表面可控接枝聚苯乙烯采用下述方法制得：首先通过浓硝酸和浓硫酸的混合酸对多壁碳纳米管进行酸化处理，得到羧基官能化的多壁碳纳米MWCNT
‑
COOH；接着MWCNT
‑
COOH与苯乙烯通过乳液聚合反应制备多壁碳纳米管接枝线型聚苯乙烯LPS
‑
g
‑
MWCNT，或MWCNT
‑
COOH与苯乙烯和对氯甲基苯乙烯通过乳液聚合反应生成带有氯甲基的聚苯乙烯共聚物，再与苯乙烯发生原子转移自由基聚合，制备得到多壁碳纳米管接枝支化聚苯乙烯BPS
‑
g
‑
MWCNT。作为一种更优选的方案，所述多壁碳纳米管表面可控接枝聚苯乙烯采用下述方法制得：(a)羧基官能化多壁碳纳米管的制备:在烧瓶中加入多壁碳纳米管MWCNT、浓硫酸和浓硝酸，在水浴中超声30
‑
60分钟后，回流反应8
‑
12小时，再经反复洗涤
‑
抽滤
‑
烘干处理，得到羧基官能化多壁碳纳米管MWCNT
‑
COOH；(b)多壁碳纳米管接枝线型聚苯乙烯的制备：将MWCNT
‑
COOH加入到三颈烧瓶中，加入水、十二烷基磺酸钠和苯乙烯单体后，经简单超声处理后加入催化剂过硫酸钾，在80
‑
100℃油浴下搅拌12
‑
18小时，经洗涤和干燥后，得到多壁碳纳米管接枝线型聚苯乙烯LPS
‑
g
‑
MWCNT；(c)多壁碳纳米管接枝支化聚苯乙烯的制备：将MWCNT
‑
COOH加入到三颈烧瓶中，加入水、十二烷基磺酸钠、苯乙烯单体和对氯甲基苯乙烯后，经简单超声处理后加入催化剂过硫酸钾，在80
‑
100℃油浴下搅拌12
‑
18小时，经洗涤和干燥后，得到带有氯甲基的聚苯乙烯共聚物；然后在CuCl催化剂和五甲基二乙烯三胺配体作用下，与苯乙烯在80
‑
100℃下搅拌12
‑
18小时，发生原子转移自由基聚合，制备得到多壁碳纳米管接枝支化聚苯乙烯BPS
‑
g
‑
MWCNT。优选地，步骤(a)中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为3
‑
5:1；碳纳米管和混合酸的质量比为1:30～60。优选地，步骤(b)中，MWCNT
‑
COOH、水、十二烷基磺酸钠、过硫酸钾和苯乙烯以质量比1：(300～500)：(2～4)：(1～4)：(100～300)进行加料。优选地，步骤(c)中，MWCNT
‑
COOH、水、十二烷基磺酸钠、过硫酸钾、苯乙烯和对氯甲基苯乙烯以质量比1：(300～500)：(2～4)：(1～4)：(100～300)：(100
‑
300)进行加料。聚苯乙烯共聚物、苯乙烯、CuCl和五甲基二乙烯三胺以质量比为100:(100～200):(1～2):(2
‑
4)进行加料。本步骤中，可通过控制苯乙烯的添加量来控制碳纳米管上的聚苯乙烯的接枝密度，以及通过苯乙烯与对氯甲基苯乙烯的配比来调节聚合物分子链上氯甲基侧基的含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电高分子复合材料，其特征在于：该复合材料是由包含以下重量含量的组分制备而成的具有隔离结构的复合材料：聚苯乙烯97
‑
99％，多壁碳纳米管表面可控接枝聚苯乙烯PS
‑
g
‑
MWCNT 0.1
‑
2％，多壁碳纳米管MWCNT0.5
‑
1％。2.根据权利要求1所述的导电高分子复合材料，其特征在于，多壁碳纳米管表面可控接枝聚苯乙烯中的接枝聚苯乙烯是线型聚苯乙烯或支化聚苯乙烯。3.根据权利要求1
‑
2中任一项所述的导电高分子复合材料，其特征在于，所述多壁碳纳米管表面可控接枝聚苯乙烯采用下述方法制得：首先通过浓硝酸和浓硫酸的混合酸对多壁碳纳米管进行酸化处理，得到羧基官能化的多壁碳纳米MWCNT
‑
COOH；接着MWCNT
‑
COOH与苯乙烯通过乳液聚合反应制备多壁碳纳米管接枝线型聚苯乙烯LPS
‑
g
‑
MWCNT，或MWCNT
‑
COOH与苯乙烯和对氯甲基苯乙烯通过乳液聚合反应生成带有氯甲基的聚苯乙烯共聚物，再与苯乙烯发生原子转移自由基聚合，制备得到多壁碳纳米管接枝支化聚苯乙烯BPS
‑
g
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MWCNT。4.根据权利要求3所述的导电高分子复合材料，其特征在于，所述多壁碳纳米管表面可控接枝聚苯乙烯采用下述方法制得：(a)羧基官能化多壁碳纳米管的制备:在烧瓶中加入多壁碳纳米管MWCNT、浓硫酸和浓硝酸，在水浴中超声30
‑
60分钟后，回流反应8
‑
12小时，再经反复洗涤
‑
抽滤
‑
烘干处理，得到羧基官能化多壁碳纳米管MWCNT
‑
COOH；(b)多壁碳纳米管接枝线型聚苯乙烯的制备：将MWCNT
‑
COOH加入到三颈烧瓶中，加入水、十二烷基磺酸钠和苯乙烯单体后，经简单超声处理后加入催化剂过硫酸钾，在80
‑
100℃油浴下搅拌12
‑
18小时，经洗涤和干燥后，得到多壁碳纳米管接枝线型聚苯乙烯LPS
‑
g
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MWCNT；(c)多壁碳纳米管接枝支化聚苯乙烯的制备：将MWCNT
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COOH加入到三颈烧瓶中，加入水、十二烷基磺酸钠、苯乙烯单体和...

【专利技术属性】
技术研发人员：睢国鹏，蒋文静，唐越，麻宁，王磊，黎源，
申请(专利权)人：万华化学宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：