[發(fā)明專利]通過(guò)導(dǎo)電性大分子偶聯(lián)劑制備碳基填料/聚合物基復(fù)合材料的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410826334.4
• 申請(qǐng)日: 2014-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104558979A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳曉勇;熊繼軍;丑修建;穆繼亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L27/16
• 分類號(hào): C08L27/16;C08L79/04;C08K9/02;C08K3/04
• 代理公司: 無(wú)
• 代理人: 無(wú)

技術(shù)領(lǐng)域

?本發(fā)明屬于聚合物基復(fù)合材料加工與改性領(lǐng)域，涉及一種碳基填料/聚合物復(fù)合材料的制備改進(jìn)方法，具體是一種通過(guò)導(dǎo)電性大分子偶聯(lián)劑制備碳基填料/聚合物基復(fù)合材料的方法。

背景技術(shù)

聚合物基復(fù)合材料是當(dāng)前炙熱的研究領(lǐng)域，其可按應(yīng)用需要獲得單一聚合物所不具有的力、電、聲、光等多種特性且制備簡(jiǎn)單，廣泛用作結(jié)構(gòu)（如玻璃鋼）、功能（如阻燃材料、吸波隱形材料、柔性傳感材料）材料。碳基填料/聚合物基復(fù)合材料即是聚合物基復(fù)合材料中常見(jiàn)的一種，在抗靜電領(lǐng)域、導(dǎo)熱、吸波隱形領(lǐng)域大量使用。這是因?yàn)樘蓟盍鲜请?、熱的良好?dǎo)體，可使相應(yīng)復(fù)合材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能。常用的碳基填料為碳纖維、石墨、炭黑等。

碳基填料/聚合物基復(fù)合材料制備的過(guò)程中，當(dāng)碳基填料加入聚合物中后，由于無(wú)機(jī)材料（碳基填料）、有機(jī)材料（聚合物）間巨大的界面不相容性和本征流動(dòng)性的差異，會(huì)導(dǎo)致碳基填料分散性差、團(tuán)聚嚴(yán)重，加工流變性質(zhì)發(fā)生巨大改變——粘度急劇上升、流動(dòng)性變差，加工穩(wěn)定區(qū)變窄，很低剪切速率下即出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象，體系加工性能和力學(xué)性能嚴(yán)重惡化。因此改善聚合物基復(fù)合材料的加工流變性對(duì)制備高性能、多功能復(fù)合材料具有重要意義。目前，實(shí)際生產(chǎn)中通常加入偶聯(lián)劑以改善填料分散性和復(fù)合材料體系的加工流變性，偶聯(lián)劑的引入確實(shí)起到改善分散、降低復(fù)合材料體系粘度和提高流動(dòng)性能的作用，然而由于偶聯(lián)劑對(duì)碳基填料等導(dǎo)電粒子的包覆，加入偶聯(lián)劑后會(huì)導(dǎo)致碳基填料/聚合物基等導(dǎo)電類復(fù)合材料的導(dǎo)電性能下降嚴(yán)重。因此，目前在導(dǎo)電性聚合物基復(fù)合材料中存在改善流變性和保持導(dǎo)電性的矛盾。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：碳基填料/聚合物基導(dǎo)電性復(fù)合材料的制備過(guò)程中加入碳基填料使體系粘度上升，流變性變差；加入偶聯(lián)劑可以有效改善體系流動(dòng)性，但是卻會(huì)影響復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，存在改善流變性和保持導(dǎo)電性的矛盾。

針對(duì)所要解決的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：提供一種通過(guò)導(dǎo)電性大分子偶聯(lián)劑制備碳基填料/聚合物基復(fù)合材料的方法，采用原位合成導(dǎo)電性的大分子偶聯(lián)劑、并以原位偶聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)碳基填料和聚合物基體的偶聯(lián)，具體工藝流程如下。

步驟一：預(yù)處理碳基填料。

將質(zhì)量濃度為98%的濃硫酸和質(zhì)量濃度為70%的濃硝酸，按體積比為3/1放入燒杯中；加熱燒杯至35～40℃，放入碳基填料，浸漬；過(guò)濾出碳基填料，去離子水清洗至pH為中性。

步驟二：合成導(dǎo)電性大分子偶聯(lián)劑并與碳基填料原位偶聯(lián)，制備導(dǎo)電性分子偶聯(lián)劑/碳基填料復(fù)合物。

所述原位合成聚吡咯/碳基填料復(fù)合物合成路線為：取一四口燒瓶，置于冰水浴中，燒瓶中加入去離子水、對(duì)甲苯磺酸、過(guò)硫酸銨和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳基填料，機(jī)械（轉(zhuǎn)速300rpm）和超聲共同攪拌1h；加入吡咯溶液，繼續(xù)機(jī)械（轉(zhuǎn)速300rpm）和超聲共同攪拌，時(shí)間為2h；真空輔助過(guò)濾，并用去離子水清洗至pH=7；最后在60℃真空烘箱中干燥48h。

所述原位合成聚苯胺/碳基填料復(fù)合物合成路線為：取一四口燒瓶，置于冰水浴中，燒瓶中加入去離子水、對(duì)甲苯磺酸、過(guò)硫酸銨和經(jīng)過(guò)預(yù)處理的碳基填料，機(jī)械（轉(zhuǎn)速300rpm）和超聲共同攪拌1h；加入苯胺溶液，繼續(xù)機(jī)械（轉(zhuǎn)速300rpm）和超聲共同攪拌，時(shí)間為8h；真空輔助過(guò)濾，并用去離子水清洗至pH=7；最后在60℃真空烘箱中干燥48h。

步驟3、制備導(dǎo)電性分子偶聯(lián)劑/碳基填料復(fù)合物/聚合物基復(fù)合材料。所述復(fù)合材料制備路線為：手動(dòng)攪拌聚合物粒料和導(dǎo)電性分子偶聯(lián)劑/碳基填料復(fù)合物，然后使用雙輥開(kāi)煉機(jī)混煉15min，即制得。

步驟二中所述的導(dǎo)電性大分子的量是填料質(zhì)量的3~5%；吡咯溶液是吡咯/去離子水溶液，濃度范圍在0.3～1mol/L；苯胺溶液是苯胺/對(duì)苯甲磺酸的溶液，濃度范圍在0.3～2mol/L。

本發(fā)明的有益效果是：在碳基填料/聚合物基復(fù)合材料中使用導(dǎo)電性大分子做偶聯(lián)劑，既起到偶聯(lián)劑降粘增流的作用，降低了體系粘度，增加了流動(dòng)性，極大的改善了體系的加工性和后續(xù)制品的力學(xué)性能；偶聯(lián)劑自身具有導(dǎo)電性，包覆碳基填料時(shí)不會(huì)因偶聯(lián)劑而隔斷填料間的電導(dǎo)通道，對(duì)體系電導(dǎo)能力負(fù)面影響很小；選用的導(dǎo)電性大分子偶聯(lián)劑廉價(jià)易得，制備簡(jiǎn)單，條件溫和，因此采用本發(fā)明改善碳基填料/聚合物基導(dǎo)電性復(fù)合材料并不會(huì)顯著增加制造成本。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明可以實(shí)施的方法，且給出對(duì)比實(shí)施例。

實(shí)施例