[發明專利]一種碳納米管改性聚苯乙烯導電材料的制法和應用

在審

• 申請號: 202011476911.3
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112592488A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 沈潔芹
• 申請（專利權）人: 桐鄉市璟維信息科技有限公司
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;C08L87/00;C08J5/18
• 代理公司: 嘉興倍創專利代理事務所(普通合伙) 33395
• 代理人: 周闖

本發明涉及聚苯乙烯復合材料技術領域，且公開了一種碳納米管改性聚苯乙烯導電材料，以2?溴代丁二酸二丙炔醇酯作為ATRP引發劑，引發苯乙烯聚合，制得端炔基聚苯乙烯，在溴化亞銅和二乙烯三胺的催化體系中，基于疊氮?炔點擊反應，使疊氮化碳納米管和端炔基聚苯乙烯進行簡單溫和的點擊化反應，從而通過化學鍵共價接枝，使聚苯乙烯與碳納米管有機結合，提高了兩者之間的界面作用力和相容性，克服了碳納米管發生團聚的現象，高度分散的碳納米管在聚苯乙烯中產生良好的滲流閾值，形成三維導電通路和導電網絡，提高了聚苯乙烯復合材料的電導率和導電性，并且碳納米管的引入有利于增強聚苯乙烯材料的抗沖擊性和韌性。

技術領域

本發明涉及聚苯乙烯復合材料技術領域，具體為一種碳納米管改性聚苯乙烯導電材料的制法和應用。

背景技術

聚苯乙烯是一種常見的高分子材料，具有良好的絕緣性能、光學性能和力學性能，耐腐蝕性較好，可以制成耐沖擊性聚苯乙烯、苯乙烯丙烯腈復合材料等，廣泛應用在隔音隔熱材料、器皿容具、包裝材料中，因此需要提高聚苯乙烯的導電性能、抗沖擊強度等綜合性能，以拓展聚苯乙烯材料的應用領域和實際應用。

導電材料具有輸送和傳導電流的功能、內電阻很大，導電性能很強，如導電塑料、導電橡膠、導電涂料等，通常是將石墨粉、炭黑、導電金屬顆粒等導電劑與高分子聚合物進行物理共混，制得復合材料，提高其電導率和導電性能，在電磁屏蔽，電極、電熱材料等方面具有重要的應用，但是通常這些導電劑加入量很大，并且會影響高分子材料的抗沖擊性、韌性等機械性能。

碳納米管具有獨特的電化學性質、力學性能等性質，是一種優良的納米填料，廣泛應用于聚氨酯、丙烯酸樹脂等高分子材料中，對材料的機械強度、電學性能和熱力學有著很大的增強效果，但是碳納米管與聚苯乙烯的界面作用力小、相容性較差，并且碳納米管粒子之間的范德華力很強，容易發生團聚，很難最大程度的發揮碳納米管的增強效果。

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種碳納米管改性聚苯乙烯導電材料的制法和應用，解決了聚苯乙烯的導電性能較差，以及抗沖擊性和和韌性等機械性能不高的問題。

(二)技術方案

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種碳納米管改性聚苯乙烯導電材料，所述碳納米管改性聚苯乙烯導電材料的制法包括以下步驟：

(1)向恒溫反應裝置中加入N,N-二甲基甲酰胺溶劑、氨基化碳納米管和4-疊氮苯甲酸，均勻分散后加入催化劑和活化劑，恒溫反應、抽濾、蒸餾水和乙醇洗滌，制得疊氮化碳納米管。

(2)向恒溫反應裝置中加入2-溴代丁二酸二丙炔醇酯、催化劑溴化亞銅、配體2,2-聯吡啶，通過冷凍處理-真空處理-解凍處理，重復3-5次，加熱至100-120℃，反應3-6h，加入蒸餾水和甲苯溶劑進行萃取純化，制得端炔基聚苯乙烯。

(3)向恒溫反應裝置中加入N,N-二甲基甲酰胺溶劑、疊氮化碳納米管和端炔基聚苯乙烯，均勻分散后在氮氣保護下，加入催化劑和活化劑，20-40℃下反應12-36h，加入蒸餾水和甲苯，進行萃取純化，取甲苯有機相，減壓蒸餾、干燥，脫泡、壓制成膜，制得碳納米管改性聚苯乙烯導電材料，應用于聚苯乙烯導電材料中。

優選的，所述恒溫反應裝置包括油浴鍋，油浴鍋外側固定連接有保溫外殼，油浴鍋內部下方固定連接有電機，電機活動連接有旋轉軸，旋轉軸活動連接有連接桿，連接桿活動連接有旋轉齒輪，旋轉齒輪活動連接有旋轉盤，旋轉盤表面設置有卡槽，卡槽中設置有燒杯。

優選的，所述步驟(1)中的催化劑為4-二甲氨基吡啶，活化劑為二環己基碳二亞胺。

優選的，所述步驟(1)中的氨基化碳納米管、4-疊氮苯甲酸、4-二甲氨基吡啶和二環己基碳二亞胺的質量比為10:15-35:0.5-2:4-10。

優選的，所述步驟(3)中的催化劑為溴化亞銅，活化劑為二乙烯三胺。