[發(fā)明專利]高密度聚乙烯/石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料及其合成方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410475407.X
• 申請(qǐng)日: 2014-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN104194131A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡建球
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 太倉(cāng)金凱特種線纜有限公司
• 主分類號(hào): C08L23/06
• 分類號(hào): C08L23/06;C08K9/10;C08K3/04;C08G73/02
• 代理公司: 北京連和連知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11278
• 代理人: 李欽鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及自限溫導(dǎo)電功能材料及其制備方法，特別涉及一種高密度聚乙烯/石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料及其合成方法。

背景技術(shù)

近幾十年來，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的研究取得了重大進(jìn)展。石墨烯是導(dǎo)電復(fù)合材料的主要成份，它直接影響著PTC材料的電導(dǎo)率及開關(guān)特性。將石墨烯或金屬等導(dǎo)電粒子分散在聚合物基體中形成的復(fù)合材料是一類新型的導(dǎo)電高分子材料。將導(dǎo)電粒子填充到聚合物基體中不僅可以提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性，而且可以在很寬的溫度范圍(室溫到基體材料的熔化溫度)提高電阻值。高分子PTC材料在電流限流器、電磁波屏蔽、自控溫加熱及高溫保護(hù)等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，是一種很有發(fā)展前途的新型功能材料。

由于石墨烯的特殊物理性質(zhì)，石墨烯粒子間自聚作用大，難以在有機(jī)、無機(jī)及聚合物基體中分散均勻。而且，填加有石墨烯的高分子復(fù)合材料的力學(xué)性能不僅取決于高分子基質(zhì)的力學(xué)性能，還與石墨烯和基質(zhì)高分子的界面性能有關(guān)。因此，在石墨烯表面接枝或包覆有機(jī)聚合物是解決這個(gè)問題一種的有效方法。近些年來，通過接枝或包覆石墨烯再與高聚物共混來提高材料的機(jī)械性能和形貌穩(wěn)定性已有了很大的發(fā)展。在現(xiàn)有技術(shù)中，通過乳液聚合的方法將丙烯酸酯(ACM)包覆到石墨烯的表面來改善低密度聚乙烯(LDPE)性能。聚苯胺具有結(jié)構(gòu)多樣化、耐氧化和耐熱性好等特點(diǎn)。聚苯胺及其衍生物不僅可通過質(zhì)子酸的摻雜獲得良好的導(dǎo)電性，而且可通過加入氧化劑或還原劑來使其骨架中的電子遷移發(fā)生改變，即“氧化還原摻雜”。摻雜后，聚苯胺及其衍生物的導(dǎo)電率可提高10個(gè)數(shù)量級(jí)以上，并可改善其在溶劑中的溶解性和加工性能。

在實(shí)際使用過程中，高分子導(dǎo)電功能復(fù)合材料PTC行為的穩(wěn)定性較差。通常采用基體交聯(lián)、導(dǎo)電粒子表面處理、復(fù)合物熱處理等手段來改善PTC行為的穩(wěn)定性。但這些方法對(duì)PTC效應(yīng)的穩(wěn)定作用均是相對(duì)的，而不是絕對(duì)的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高密度聚乙烯/石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料及其合成方法，以聚苯胺(PANI)包覆石墨烯(CB)并與高密度聚乙烯(HDPE)基體共混來提高石墨烯的分散性，降低高密度聚乙烯的結(jié)晶度，從而增加聚乙烯/石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的PTC強(qiáng)度并且提高其穩(wěn)定性。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種高密度聚乙烯/石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料，其中，聚苯胺包覆在石墨烯表面，形成聚苯胺/石墨烯共混物，并且聚苯胺/石墨烯共混物分散在高密度聚乙烯基體中。

進(jìn)一步地，其中聚苯胺與石墨烯的質(zhì)量比為100:2-100:20，聚苯胺/石墨烯共混物與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1:1-1:8。

進(jìn)一步地，其中聚苯胺與石墨烯的質(zhì)量比為35:1，聚苯胺/石墨烯共混物與高密度聚乙烯的質(zhì)量比為1：3。

一種高密度聚乙烯/石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料的合成方法，包含以下步驟：

步驟一：將高密度聚乙烯與聚苯胺/石墨烯的共混物置于高混器中干混均勻；

步驟二：在密煉機(jī)中塑化步驟一所形成的混合物；

步驟三：出料、下片、切粒，制得片材；

步驟四：將片材在平板硫化機(jī)上壓制成型。

上述方法進(jìn)一步包含石墨烯/聚苯胺共混物的制備步驟：稱取1.0g的苯胺加入到鹽酸溶液中，超聲分散后加入一定量石墨烯，超聲分散并在機(jī)械攪拌下緩慢滴加定量的過硫酸銨鹽酸溶液，反應(yīng)3-6h后將產(chǎn)物用去離子水反復(fù)洗滌抽濾，至濾液呈中性；濾餅于60℃下真空干燥8-20h，研磨過篩后裝入密封袋中避光保存，即得石墨烯/聚苯胺共混物。

進(jìn)一步地，所述步驟二中密煉溫度為150-180℃，塑化時(shí)間8-15分鐘。

進(jìn)一步地，所述步驟二中密煉溫度為160℃，塑化時(shí)間10分鐘。

進(jìn)一步地，所述步驟四中壓制成型的條件為，預(yù)熱5-10分鐘，熱壓2-5分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度150-250℃。

進(jìn)一步地，所述步驟四中壓制成型的條件為，預(yù)熱8分鐘，熱壓3分鐘，壓力18兆帕斯卡，溫度200℃。

采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果有：

1.在本發(fā)明中，通過用聚苯胺處理石墨烯后，由于引入極性基團(tuán)，在聚合物中能較好地起空間位阻屏障作用，阻止了石墨烯粒子的再聚集，偏析程度下降，提高了石墨烯的分散性。

2.將聚苯胺/石墨烯的共混物分散在高密度聚乙烯HDPE基體中，有效破壞了HDPE的結(jié)晶。