CN108538448A - 一种高分子导电材料的制备方法 - Google Patents

一种高分子导电材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高分子导电材料的制备方法，包括以下步骤：a、将水性聚氨酯乳液与去离子水混合，再加入氨基磺酸盐，搅拌得到混合物一；b、向混合物一中加入碳纳米材料搅拌，再加入接枝炭黑、过渡金属卤化物，搅拌、调节pH值，得到混合物二；c、向混合物二中加入偶联剂、表面活性剂，搅拌反应，得到混合物三；d、对混合物三进行高速分散处理、脱水干燥处理，再用平板硫化机压制成型。本发明制备的导电材料不仅具有优异的电性能和机械性能，同时还具备良好的耐化学腐蚀性能。

Description

一种高分子导电材料的制备方法
技术领域
本发明属于导电材料技术领域，具体涉及一种高分子导电材料的制备方法。
背景技术
导电高分子是由具有共扼π-键的高分子经化学或电化学“掺杂”使其由绝缘体转变为导体的一类高分子材料。与金属相比，导电高分子具有质轻、加工性好等优点。与传统无机材料相比，导电聚合物在制程上较简单，原料和制程都较便宜，还可制做成薄膜状。具有共扼π-键的高分子实例为聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚乙炔、聚亚苯基和聚（对亚苯基-亚乙烯基）。目前国内外大量的专利和文献报道了聚噻吩可通过将侧基连接至噻吩单体上，然后使其聚合或者通过由噻吩单元和旨在提高溶解性的单元制备嵌段共聚物而变得可溶。例如专利201210219581.9描述了由PEDOT-PSS中掺杂硫酸戊聚糖钠和聚乙二醇制备嵌段共聚物，所述聚合物测得电导率最好的为16.42S/cm。然而该方法的缺点在于在噻吩中引入侧链不仅影响溶解性，而且影响所述分子的导电性能。另有专利201510427292.1公开了一种PEDOT:PSS水溶性富勒烯衍生物或非水溶性富勒烯衍生物，其通过在PEDOT:PSS中引入导电性富勒烯衍生物，但是富勒烯较为昂贵且在水溶液中溶解性差。
综上所述，因此需要一种更好的导电材料，来改善现有技术的不足，推动导电材料行业的发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种高分子导电材料的制备方法，本发明制备的导电材料不仅具有优异的电性能和机械性能，同时还具备良好的耐化学腐蚀性能。
本发明提供了如下的技术方案：
一种高分子导电材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将水性聚氨脂乳液与去离子水混合，稀释成浓度为30-35%的水溶液，再加入氨基磺酸盐，在300-500r/min的转速下搅拌20-25min，得到混合物一；
b、向混合物一中加入碳纳米材料，在2000-2600r/min的转速下搅拌30-40min，再加入接枝炭黑、过渡金属卤化物，在200-300r/min的转速下搅拌10-15min，调节pH值在5-6，得到混合物二；
c、向混合物二中加入偶联剂、表面活性剂，在60-70℃下搅拌反应4-6h，得到混合物三；
d、对混合物三进行高速分散处理10-15min，置于80-90℃下进行脱水干燥处理，再用平板硫化机压制成型，即可得到成品。
优选的，所述步骤a的水性聚氨脂乳液的制备方法为：将聚醚多元醇、聚酯多元醇混合均匀，在60-80℃下真空脱水1-2h，再加入甲苯二异氰酸酯、酒石酸丙酮溶液，在65-70℃下保温反应1-2h，冷却至室温，加入三乙胺丙酮溶液搅拌、制成乳状液，再进行抽真空，蒸出丙酮，即可得到水性聚氨脂乳液。
优选的，所述步骤a的氨基磺酸盐为1,2-二胺基-γ-丙磺酸钠、1,3-二胺基-β-丙磺酸钠和乙二胺基乙基磺酸钠中的任一种或几种的混合。
优选的，所述步骤b的碳纳米材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和氧化石墨烯中的任一种或多种的混合。
优选的，所述步骤b的接枝炭黑制备方法为：将炭黑与甲醛混合，在60-70℃下进行羟甲基化30-40min，再经过滤、烘干后加入马来酸酐的乙酸乙酯溶液，在70-80℃下进行接枝反应，经过滤、烘干、粉碎，即可得到接枝碳黑。
优选的，所述步骤b的过渡金属卤化物为WF5、BiF5、ZrCl4和MoCl5中的任一种或多种的混合。
优选的，所述步骤c的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的任一种或多种的混合。
优选的，所述步骤c的表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基氨基丙酸中的任一种或多种的混合。
本发明的有益效果是：
本发明制备的导电材料不仅具有优异的电性能和机械性能，同时还具备良好的耐化学腐蚀性能，其反应步骤简便，原料易得，成本低廉，碳纳米材料利用率高、总用量小，与现有技术相比具有后处理简单、成本低、适合工业大规模生产等优点，具有重要的工业应用价值和经济效益。
本发明制备得到的导电材料，体积电阻率受到环境湿度的影响较小，导电性非常突出。
本发明的制备方法是在水混溶性体系中制备，环境友好，且整个工艺无需对产物分离提纯。
具体实施方式
实施例1
一种高分子导电材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将水性聚氨脂乳液与去离子水混合，稀释成浓度为35%的水溶液，再加入氨基磺酸盐，在300r/min的转速下搅拌20min，得到混合物一；
b、向混合物一中加入碳纳米材料，在2600r/min的转速下搅拌30min，再加入接枝炭黑、过渡金属卤化物，在200r/min的转速下搅拌15min，调节pH值在6，得到混合物二；
c、向混合物二中加入偶联剂、表面活性剂，在70℃下搅拌反应4h，得到混合物三；
d、对混合物三进行高速分散处理15min，置于80℃下进行脱水干燥处理，再用平板硫化机压制成型，即可得到成品。
步骤a的水性聚氨脂乳液的制备方法为：将聚醚多元醇、聚酯多元醇混合均匀，在60℃下真空脱水2h，再加入甲苯二异氰酸酯、酒石酸丙酮溶液，在65℃下保温反应2h，冷却至室温，加入三乙胺丙酮溶液搅拌、制成乳状液，再进行抽真空，蒸出丙酮，即可得到水性聚氨脂乳液。
步骤a的氨基磺酸盐为1,2-二胺基-γ-丙磺酸钠、1,3-二胺基-β-丙磺酸钠和乙二胺基乙基磺酸钠的混合。
步骤b的碳纳米材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和氧化石墨烯的混合。
步骤b的接枝炭黑制备方法为：将炭黑与甲醛混合，在70℃下进行羟甲基化40min，再经过滤、烘干后加入马来酸酐的乙酸乙酯溶液，在70℃下进行接枝反应，经过滤、烘干、粉碎，即可得到接枝碳黑。
步骤b的过渡金属卤化物为WF5、BiF5、ZrCl4和MoCl5的混合。
步骤c的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合。
步骤c的表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基氨基丙酸的混合。
实施例2
一种高分子导电材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将水性聚氨脂乳液与去离子水混合，稀释成浓度为30%的水溶液，再加入氨基磺酸盐，在300r/min的转速下搅拌20min，得到混合物一；
b、向混合物一中加入碳纳米材料，在2000r/min的转速下搅拌30min，再加入接枝炭黑、过渡金属卤化物，在200r/min的转速下搅拌10min，调节pH值在5，得到混合物二；
c、向混合物二中加入偶联剂、表面活性剂，在60℃下搅拌反应4h，得到混合物三；
d、对混合物三进行高速分散处理10min，置于80℃下进行脱水干燥处理，再用平板硫化机压制成型，即可得到成品。
步骤a的水性聚氨脂乳液的制备方法为：将聚醚多元醇、聚酯多元醇混合均匀，在60℃下真空脱水1h，再加入甲苯二异氰酸酯、酒石酸丙酮溶液，在65℃下保温反应1h，冷却至室温，加入三乙胺丙酮溶液搅拌、制成乳状液，再进行抽真空，蒸出丙酮，即可得到水性聚氨脂乳液。
步骤a的氨基磺酸盐为1,2-二胺基-γ-丙磺酸钠、1,3-二胺基-β-丙磺酸钠和乙二胺基乙基磺酸钠的混合。
步骤b的碳纳米材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和氧化石墨烯的混合。
步骤b的接枝炭黑制备方法为：将炭黑与甲醛混合，在60℃下进行羟甲基化30min，再经过滤、烘干后加入马来酸酐的乙酸乙酯溶液，在70℃下进行接枝反应，经过滤、烘干、粉碎，即可得到接枝碳黑。
步骤b的过渡金属卤化物为WF5、BiF5、ZrCl4和MoCl5的混合。
步骤c的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合。
步骤c的表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基氨基丙酸的混合。
实施例3
一种高分子导电材料的制备方法，包括以下制备步骤：
a、将水性聚氨脂乳液与去离子水混合，稀释成浓度为35%的水溶液，再加入氨基磺酸盐，在500r/min的转速下搅拌25min，得到混合物一；
b、向混合物一中加入碳纳米材料，在2600r/min的转速下搅拌40min，再加入接枝炭黑、过渡金属卤化物，在300r/min的转速下搅拌15min，调节pH值在6，得到混合物二；
c、向混合物二中加入偶联剂、表面活性剂，在70℃下搅拌反应6h，得到混合物三；
d、对混合物三进行高速分散处理15min，置于90℃下进行脱水干燥处理，再用平板硫化机压制成型，即可得到成品。
步骤a的水性聚氨脂乳液的制备方法为：将聚醚多元醇、聚酯多元醇混合均匀，在80℃下真空脱水2h，再加入甲苯二异氰酸酯、酒石酸丙酮溶液，在70℃下保温反应2h，冷却至室温，加入三乙胺丙酮溶液搅拌、制成乳状液，再进行抽真空，蒸出丙酮，即可得到水性聚氨脂乳液。
步骤a的氨基磺酸盐为1,2-二胺基-γ-丙磺酸钠、1,3-二胺基-β-丙磺酸钠和乙二胺基乙基磺酸钠的混合。
步骤b的碳纳米材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和氧化石墨烯的混合。
步骤b的接枝炭黑制备方法为：将炭黑与甲醛混合，在70℃下进行羟甲基化30min，再经过滤、烘干后加入马来酸酐的乙酸乙酯溶液，在80℃下进行接枝反应，经过滤、烘干、粉碎，即可得到接枝碳黑。
步骤b的过渡金属卤化物为WF5、BiF5、ZrCl4和MoCl5的混合。
步骤c的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的混合。
步骤c的表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基氨基丙酸的混合。
检测以上实施例制备的成品，得到以下实验数据：
表一：
项目 实施例1 实施例2 实施例3
电阻率（Ω·cm） 0.056 0.048 0.052
断裂伸长率（%） 195 188 190
拉伸强度（MPa） 5.8 6.2 6.0
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高分子导电材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
a、将水性聚氨脂乳液与去离子水混合，稀释成浓度为30-35%的水溶液，再加入氨基磺酸盐，在300-500r/min的转速下搅拌20-25min，得到混合物一；
b、向混合物一中加入碳纳米材料，在2000-2600r/min的转速下搅拌30-40min，再加入接枝炭黑、过渡金属卤化物，在200-300r/min的转速下搅拌10-15min，调节pH值在5-6，得到混合物二；
c、向混合物二中加入偶联剂、表面活性剂，在60-70℃下搅拌反应4-6h，得到混合物三；
d、对混合物三进行高速分散处理10-15min，置于80-90℃下进行脱水干燥处理，再用平板硫化机压制成型，即可得到成品。
2.根据权利要求1所述的一种高分子导电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的水性聚氨脂乳液的制备方法为：将聚醚多元醇、聚酯多元醇混合均匀，在60-80℃下真空脱水1-2h，再加入甲苯二异氰酸酯、酒石酸丙酮溶液，在65-70℃下保温反应1-2h，冷却至室温，加入三乙胺丙酮溶液搅拌、制成乳状液，再进行抽真空，蒸出丙酮，即可得到水性聚氨脂乳液。
3.根据权利要求1所述的一种高分子导电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤a的氨基磺酸盐为1,2-二胺基-γ-丙磺酸钠、1,3-二胺基-β-丙磺酸钠和乙二胺基乙基磺酸钠中的任一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种高分子导电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的碳纳米材料为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和氧化石墨烯中的任一种或多种的混合。
5.根据权利要求1所述的一种高分子导电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的接枝炭黑制备方法为：将炭黑与甲醛混合，在60-70℃下进行羟甲基化30-40min，再经过滤、烘干后加入马来酸酐的乙酸乙酯溶液，在70-80℃下进行接枝反应，经过滤、烘干、粉碎，即可得到接枝碳黑。
6.根据权利要求1所述的一种高分子导电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤b的过渡金属卤化物为WF5、BiF5、ZrCl4和MoCl5中的任一种或多种的混合。
7.根据权利要求1所述的一种高分子导电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c的偶联剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和γ-氨丙基三乙氧基硅烷中的任一种或多种的混合。
8.根据权利要求1所述的一种高分子导电材料的制备方法，其特征在于，所述步骤c的表面活性剂为十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠和十二烷基氨基丙酸中的任一种或多种的混合。
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