一种导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料及其制备方法，主要是由聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺和碳纳米管按一定重量比混合制备而成，本发明专利技术导电聚甲基丙烯酸甲酯材料的电导率可通过改变加入的改性碳纳米管的含量加以调控；改性碳纳米管与聚甲基丙烯酸甲酯相容性好，因此结合牢固、不因摩擦、洗涤而散逸或丧失，耐久性好；改性过的碳纳米管不容易团聚，其在聚甲基丙烯酸甲酯中的分散均匀，因此导电效果好，可在低温、低湿环境中长期使用；而且制备工艺简单，易操作，适宜采用各种常用塑料成型工艺和技术。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料制备领域，涉及一种可获得导电性能稳定持久的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚甲基丙烯酸甲酯板材俗称亚克力板，它的耐磨性能与铝材接近，并且耐多种化学品的腐蚀。亚克力板具有良好的适印性和喷涂性，采用适当的印刷(如丝印)和喷涂工艺，可以赋予亚克力制品理想的表面装饰效果，因此在航空、汽车、电子、医疗、化工、建材、 卫浴以及广告标牌等行业得到广泛的应用，如化妆品展示架、手机展示架、手表展示架、 眼镜展示架、胸牌、礼品盒、指示牌、标示架、首饰盒、珠宝盒、多彩机箱、透明机箱、压克力灯箱、家具配件、代理牌、亚克力水簇箱、压克力鱼缸、浴缸、有机玻璃工艺品、压克力奖牌等。 尽管聚甲基丙烯酸甲酯的综合性能优越，然而，由于其具有的高电阻特性，使聚甲基丙烯酸甲酯物件与其他物质和材料接触或摩擦产生静电并不断积累，同时由于表面粗糙度增加， 会加大静电积累，从而引起聚甲基丙烯酸甲酯制品表面吸附灰尘，各种设备中的零部件由于静电会导致损害，甚至会产生火花导致燃烧。为进一步满足市场对聚甲基丙烯酸甲酯材料专用特性的要求，须对聚甲基丙烯酸甲酯树脂进行改性，以大幅度提高聚甲基丙烯酸甲酯树脂导电性。自从碳纳米管优良的电化学特性被发现以后，它就被广泛应用为填充材料，使复合材料的导电性能、力学性能、稳定性得到了较大的提高。然而，碳纳米管束间有较强的范德华力作用，使得碳纳米管本身容易聚集成束，互相缠绕，形成团聚结构。此外，碳纳米管表面缺少极性基团，与聚合物基体间亲和力很弱。因此，如何解决碳纳米管易团聚缠绕、难分散的问题以及如何改善碳纳米管与基体间的相容性成为相关研究的重点和难点。综上所述，寻找一种简单易行的方法对碳纳米管进行改性，使其在聚甲基丙烯酸甲酯中的分散性得到改善的同时增强其与聚甲基丙烯酸甲酯间的相容性，对于实现导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料实际规模应用具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供。为了实现上述目的本专利技术采用如下技术方案导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，其特征在于所述的复合材料由聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺和碳纳米管按照质量比为100 1-10 1-10的比例构成。所述的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)先将碳纳米管和苯胺按照质量比为1-5 1的比例依次混合搅拌和超声均化至少15min和IOmin后，向其中加入助稳定剂，其中，助稳定剂与苯胺之间的质量比为 0. 8-1. 2 20-30，得到混合物，再将混合物加入浓度为0. 0075-0. 0079M的乳化剂水溶液中搅拌至少15min，超声均化至少lOmin，其中，乳化剂与混合物中的苯胺之间的质量比为0.8-1.2 20-30，得到细乳液;(2)向细乳液中滴加浓度为5-5. 4M的氧化剂水溶液，其中，氧化剂与细乳液中的苯胺之间的摩尔比为0. 8-1. 2 0. 8-1. 2，至少反应4h后，得到中间产物，对中间产物进行离心和洗涤处理，就得到改性碳纳米管导电粉末；(3)将改性碳纳米管粉末加入到甲基丙烯酸甲酯和N，N- 二甲基甲酰胺组成的油相中，依次搅拌超声至少15min和IOmin ；然后与水相混合、搅拌、超声后，加入引发剂引发聚合；最后洗涤、干燥，制得导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料。所述的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于碳纳米管的管直径为10-30nm、管长为2_30 μ m。所述的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于助稳定剂选自十六烷或十六醇中一种。所述的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于乳化剂选自十六烷基硫酸钠、十六烷基苯磺酸钠、辛基酚聚氧乙烯醚或十六烷基三甲基溴化铵中一种。所述的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于氧化剂选自过硫酸铵、过氧化氢或高锰酸钾中的一种。所述的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于所述的离心处理为转速 3000-5000r/min、时间 l_3min。所述的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于所述的甲基丙烯酸甲酯聚合反应的引发剂为偶氮二异丁腈。所述的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于所述的洗涤处理为分别使用乙醇和水各清洗3次。本专利技术的有益效果(1)导电聚甲基丙烯酸甲酯材料的电导率可通过改变加入的改性碳纳米管的含量加以调控。(2)改性碳纳米管与聚甲基丙烯酸甲酯相容性好，因此结合牢固、不因摩擦、洗涤而散逸或丧失，耐久性好。(3)改性过的碳纳米管不容易团聚，其在聚甲基丙烯酸甲酯中的分散均勻，因此导电效果好，可在低温、低湿环境中长期使用。(4)制备工艺简单，易操作，适宜采用各种常用塑料成型工艺和技术。上述优点均有利于实现导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料在多领域的实际应用。附图说明图1为改性碳纳米管粉末的透射电镜图片。图2为红外光谱图，其中a、b、c样品对应的改性碳纳米管添加量分别为2%、10%, 14%。图3为实施例2得到的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料切片的透射电镜图片，碳纳米管在聚甲基丙烯酸甲酯中没有团聚，分散良好；并且二者相容性良好。图4为实施例4得到的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料切片的透射电镜图片，碳纳米管在聚甲基丙烯酸甲酯中分散性和相容性均很好。4图5为实施例6得到的未经改性的碳纳米管与聚甲基丙烯酸甲酯复合材料切片的透射电镜图片，碳纳米管团聚严重。图6是实施事例2，4，5，6制备的导电聚甲基丙烯酸甲酯的电导率比较图，各复合材料中碳纳米管的质量分数均为5%。实施例2电导率最好，实施例6电导率最差。具体实施例方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述实施例1 室温下，分别称取2. 5g碳纳米管、2. 苯胺于三口烧瓶中，机械搅拌15分钟、超声 10分钟后，加入0. Ig十六烷。另取0. Ig十六烷基硫酸钠，加入盛有45g蒸馏水的烧杯中， 机械搅拌15分钟。接着，将烧杯中的溶液倒入上面的三口烧瓶中，机械搅拌15分钟后，超声均化10分钟。逐滴滴加6. 25g过硫酸铵/IOg水溶液引发苯胺的聚合反应，4小时后终止反应，得墨绿色溶液；离心，分别用乙醇和水各洗三遍，得改性碳纳米管导电粉末。接着将该导电粉末0. Ig溶解于5g甲基丙烯酸甲酯、IOg N, N- 二甲基甲酰胺中，并加入十六烷0. 3g， 分别搅拌超声15分钟和10分钟。然后将0. 3g十二烷基硫酸钠/30g水的溶液与上面溶液共混，搅拌15分钟、超声10分钟。最后加入引发剂偶氮二异丁腈0. 03g引发反应。碳纳米管与苯胺的质量比为1:1;苯胺与助稳定剂十六烷的质量比为25 1 ；苯胺与乳化剂十六烷基硫酸钠质量比为25 1 ；苯胺与氧化剂过硫酸铵的摩尔比为1 1;改性碳纳米管粉末与甲基丙烯酸甲酯的质量比为2 100；甲基丙烯酸甲酯与助稳定剂十六烷的质量比为25 1.5；甲基丙烯酸甲酯与乳化剂十六烷基硫酸钠质量比为25 1.5；甲基丙烯酸甲酯与引发剂偶氮二异丁腈的质量比为250 1.5。将所得复合材料用超薄纳米切片机切片，并通过透射电镜观察，形貌与图3所示照片类似。碳纳米管团聚程度明显降低，分散性显著改善。使用四探针电阻率测试仪，测得该聚甲基丙烯酸甲酯复合物电导率为6. 87X10_9S/cm。实施例2 与实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，其特征在于：所述的复合材料由聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺和碳纳米管按照质量比为１００∶１－１０∶１－１０的比例构成。

【技术特征摘要】
1.一种导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料，其特征在于所述的复合材料由聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯胺和碳纳米管按照质量比为100 1-10 1-10的比例构成。2.—种权利要求1所述的导电聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤(1)先将碳纳米管和苯胺按照质量比为1-5 1的比例依次混合搅拌和超声均化至少15min和IOmin后，向其中加入助稳定剂，其中，助稳定剂与苯胺之间的质量比为 0. 8-1. 2 20-30，得到混合物，再将混合物加入浓度为0. 0075-0. 0079M的乳化剂水溶液中搅拌至少15min，超声均化至少lOmin，其中，乳化剂与混合物中的苯胺之间的质量比为 0.8-1.2 20-30，得到细乳液;(2)向细乳液中滴加浓度为5-5.4M的氧化剂水溶液，其中，氧化剂与细乳液中的苯胺之间的摩尔比为0. 8-1. 2 0. 8-1. 2，至少反应4h后，得到中间产物，对中间产物进行离心和洗涤处理，就得到改性碳纳米管导电粉末；(3)将改性碳纳米管粉末加入到甲基丙烯酸甲酯和N，N-二甲基甲酰胺组成的油相中， 依次搅拌超声至少15min和IOmin ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，王化，王若溪，田兴友，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：34