[發明專利]一種高強度導電高分子納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610164693.7
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105602201B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 竹文坤;段濤;姚衛棠;周磊;雷佳
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L79/08;C08K9/10;C08K7/06;B22F9/24;B82Y40/00;H01B1/22
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙)11369
• 代理人: 周慶佳

技術領域

本發明屬于高分子導電材料的制備領域，具體涉及一種高強度導電高分子納米復合材料的制備方法。

背景技術

導電高分子納米復合材料集高分子性能與納米顆粒的功能性于一體，具有極強的應用背景，從而迅速地成為納米復合材料領域的一個重要研究方向。復合型導電材料是指經物理改性后具有導電性的材料如金屬粉末或金屬線等摻加于樹脂中制成的。環氧樹脂、聚酰亞胺等高分子材料本身不導電，但其中摻雜了金屬納米線后就有了良好的導電性能。

納米線由于其優異的性能而逐漸被人們重視。由于金屬納米材料結合了納米材料和金屬材料的性質，因此表現出與常規材料不同的熱、光學、電學等特性。納米結構的金屬材料具有獨特的電學特性，納米金屬具有較高的電阻，這與其尺寸有一定關系，隨著尺寸的不斷降低，當達到一定尺寸時，有些金屬納米線會成為半導體。金屬納米線束狀微電極具有電催化活性高等特點，對一些有機小分子的電催化和氧化有較高的活性。二維的金屬納米線與其它物質復合時可以形成網狀結構，網孔填充之后材料更加密實，可以顯著提高材料的力學性能。目前納米銀線仍存在易團聚、分散性差，易形成二次粒子等問題。根據納米粒子間存在的相互作用，通過多巴胺表面修飾和表面處理，改善金屬納米線表面結構狀態，降低金屬納米線間的相互吸引，避免納米粒子的團聚，改性后的金屬納米線分散性和流變性更好，穩定性更高。

環氧樹脂、聚酰亞胺樹脂具有優異的耐磨蝕性、穩定性、絕緣性，以及收縮率低、易加工成型、較好的應力傳遞和成本低廉等優點，廣泛應用于澆筑、膠黏劑、輕工、建筑、航天航空、絕緣材料、先進復合材料基體等各個領域。

復合型導電材料在美國、日本等國發展較快，而在我國還剛剛起步。隨著電子、電器領域對導電高分子材料需求的增長、導電高分子材料的開發及應用也日益擴大，研究高導電性、高機械性能的導電高分子納米復合材料具有良好的應用前景。整合了金屬納米線后的高分子具有良好的導電性能，另一方面，金屬納米線作為無機填料，能有效增強高分子機械性能，使其在建筑、航空航天等領域有很大的應用前景。

發明內容

本發明旨在克服現有技術不足，利用多巴胺包覆改性解決了金屬納米線易團聚、分散性差、易形成二次粒子等問題，提供一種高強度導電高分子納米復合材料制備方法。本發明在高分子材料中整合了多巴胺包覆改性后的金屬納米線，最終得到導電高分子納米復合材料，該材料具有較高的機械強度和良好的導電性。

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種高強度導電高分子納米復合材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、將金屬納米線加入水中充分振蕩溶解，制備成0.01～0.05mol/L的金屬納米線溶液，然后加入濃度為2～5mg/mL的三羥甲基氨基甲烷溶液，用稀鹽酸調節pH為8.5，加入濃度為1～4mg/mL的多巴胺溶液，充分攪拌反應5～8h，得到多巴胺包覆的金屬納米線溶液；

步驟二、將得到的多巴胺包覆的金屬納米線溶液注入到聚四氟乙烯管狀模具中，所述聚四氟乙烯管狀模具的底部固定在鋼板上，將鋼板放置于-196℃的液氮中冷凍，待多巴胺包覆的金屬納米線溶液完全凍結后，將其置于冷凍干燥機中，在溫度-10℃～-50℃、真空度1.3～13帕的條件下，干燥48～96小時，形成金屬納米線網絡結構；

步驟三、將高分子材料加熱直到完全呈熔融狀態后，將其注入金屬納米線網絡結構中，得到高強度宏觀尺度高分子導電材料。

優選的是，所述步驟一中的金屬納米線為納米銀線或納米銅線。

優選的是，所述納米銀線的制備方法：將15-18體積份的0.6mol/L聚乙烯毗咯烷酮乙二醇溶液加入到容積為50體積份的反應器中均勻混合，將其放人160℃的油浴中加熱2h，然后以0.4mL/min的注射速度把15-20體積份的0.2mol/L的硝酸銀乙二醇溶液在15min之內加入到反應器中，繼續反應1h后停止加熱；整個反應中，轉子的轉速為1100r/min，反應溶液的顏色逐漸從明黃色轉變為橘黃色，最終變為蒼白色，向反應后的溶液中加入二倍于反應液的丙酮溶劑，在超聲波清洗機中超聲處理，然后將所得產物置于轉速為4500r/min的離心機內離心分離30min，棄去上層溶液后，將沉淀分散在50-100體積份的體積分數為95％的無水乙醇中，即得到納米銀線，該納米銀線長徑比達到1200。