CN100406526C - 水溶性导电高分子表面修饰炭黑及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水溶性导电高分子表面修饰炭黑及制备方法，其特征在于采用表面吸附技术以水溶性导电高分子为改性剂对炭黑进行表面修饰。在高速搅拌下将导电高分子水溶液均匀喷洒在炭黑中，干燥后，即制得导电高分子表面修饰炭黑。该表面修饰炭黑具有在聚合物基体中良好分散性、炭黑的本体导电性优异、加工性能好等优点，可作为导电填料用于制备自控温智能材料、抗静电、电磁屏蔽等高性能导电复合材料。

Description

水溶性导电高分子表面修饰炭黑及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水溶性导电高分子表面修饰炭黑及制备方法，属于炭黑的表面改性技术。
背景技术
炭黑具有优异的导电性、耐候性和环境稳定性，常作为导电填料用于制备自控温智能材料、导电塑料和导电填料等导电复合材料。但炭黑在聚合物基体中分散比较困难，原因是炭黑与聚合物基体的结合力要小于炭黑颗粒之间的凝聚力。为了改善炭黑在聚合物基体中的分散性以及导电复合材料制品在使用过程中炭黑颗粒的聚集效应，对炭黑表面进行改性是最有效的方法。目前对炭黑表面进行改性的方法可归纳为四种：(1)采用钛酸酯偶联剂或其它处理剂处理；(2)表面化学接枝聚丙烯酸或酯类、聚马来酸或酯类等高分子；(3)表面化学氧化；(4)表面氧等离子体处理。上述方法均改变了炭黑表面的物理化学性质，降低了炭黑颗粒之间的结合能，这对改善炭黑在聚合物基体中的分散性是有利的，但却增加炭黑的电子跃迁势垒，降低了炭黑聚集体的本体导电性。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在聚合物基体中具有良好分散性，且本体导电性优异的表面修饰炭黑，以满足用于制备高性能导电复合材料的要求。
本发明方法不同于通常的炭黑改性方法，其特征是导电高分子含有-NH、-COOH、-SO3H、-SH等基团，而导电炭黑通常含有-C＝O等基团，导电高分子可以通过氢键作用均匀的吸附在炭黑颗粒表面，得到的表面修饰炭黑为两种导电体共存的体系，其载流子容易通过炭黑或导电高分子主链传输，其导电性要优于未改性炭黑。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种水溶性导电高分子表面修饰炭黑，其特征在于，所述的水溶性导电高分子表面修饰炭黑的组成及重量份数比如下：
炭黑     100
导电高分子     0.5～5
其中：所述的炭黑为乙炔炭黑、炉法炭黑中的一种，其粒径为30-60nm，
所述的导电高分子是由选自浓度为1-10wt％的苯胺/邻胺基苯磺酸共聚物、苯胺/邻胺基苯甲酸共聚物、苯胺/N-丙烷磺酸基苯胺共聚物、聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺、聚苯乙烯磺酸掺杂聚(3，4-乙撑二氧噻吩)的水溶液中的一种，均匀喷洒在炭黑中形成的。
本发明还提供一种水溶性导电高分子表面修饰炭黑的制备方法，其特征在于，所述的方法是以炭黑为原料，以导电高分子水溶液为改性剂，按上述比例，在高速搅拌下将导电高分子水溶液均匀喷洒在炭黑中，在80-160℃干燥1-4小时后，制得导电高分子表面修饰炭黑。
有益效果
与现有炭黑改性技术相比，本发明有以下优点：
(1)制备工艺简单，容易实现工业化生产；(2)制得的表面改性炭黑既具有良好的分散性，又具有优异的导电性；(3)制备过程无环境污染。
附图说明
图1.乙炔炭黑的透射电镜图
图2.苯胺/邻胺基苯磺酸共聚物表面修饰乙炔炭黑的透射电镜图
具体实施方式：
下面结合比较例和实施例对本发明作进一步说明，但并不限定本发明的保护范围：
比较例1
在配有机械搅拌的密闭容器中，加入20g乙炔炭黑(粒径30-40nm)，在高速搅拌下，将10g浓度为5wt％的钛酸酯偶联剂的乙醇溶液均匀喷洒在乙炔炭黑中，然后将处理后的炭黑置于80℃的烘箱中，干燥1小时，即得钛酸酯偶联剂改性的乙炔炭黑。将表面修饰炭黑压制成直径为13mm的圆片，用四探针仪测试其电导率为3.1S/cm。
比较例2
在配有机械搅拌的密闭容器中，加入20g炉法炭黑(N660，粒径50-60nm)，在高速搅拌下，将10g浓度为5wt％的钛酸酯偶联剂的乙醇溶液均匀喷洒在乙炔炭黑中，然后将处理后的炭黑置于80℃的烘箱中，干燥1小时，即得钛酸酯偶联剂改性的乙炔炭黑。将表面修饰炭黑压制成直径为13mm的圆片，用四探针仪测试其电导率为2.3S/cm。
实施例1
在配有机械搅拌的密闭容器中，加入20g乙炔炭黑(粒径30-40nm)，在高速搅拌下，将12g浓度为5wt％的苯胺/邻胺基苯磺酸共聚物水溶液均匀喷洒在乙炔炭黑中，然后将处理后的炭黑置于120℃的烘箱中，干燥2小时，即得苯胺/邻胺基苯磺酸共聚物表面修饰乙炔炭黑。将表面修饰炭黑压制成直径为13mm的圆片，用四探针仪测试其电导率为15.6S/cm。
实施例2
在配有机械搅拌的密闭容器中，加入20g乙炔炭黑(粒径30-40nm)，在高速搅拌下，将10g浓度为10wt％的苯胺/邻胺基苯甲酸共聚物水溶液均匀喷洒在乙炔炭黑中，然后将处理后的炭黑置于80℃的烘箱中，干燥4小时，即得苯胺/邻胺基苯甲酸共聚物表面修饰乙炔炭黑。将表面修饰炭黑压制成直径为13mm的圆片，用四探针仪测试其电导率为9.2S/cm。
实施例3
在配有机械搅拌的密闭容器中，加入20g炉法炭黑(N660，粒径50-60nm)，在高速搅拌下，将10g浓度为4wt％的苯胺/N-丙烷磺酸基苯胺共聚物水溶液均匀喷洒在乙炔炭黑中，然后将处理后的炭黑置于120℃的烘箱中，干燥2小时，即得苯胺/N-丙烷磺酸基苯胺共聚物表面修饰乙炔炭黑。将表面修饰炭黑压制成直径为13mm的圆片，用四探针仪测试其电导率为8.5S/cm。
实施例4
在配有机械搅拌的密闭容器中，加入20g乙炔炭黑(粒径30-40nm)，在高速搅拌下，将8g浓度为5wt％的聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺水溶液均匀喷洒在乙炔炭黑中，然后将处理后的炭黑置于100℃的烘箱中，干燥2小时，即得聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺表面修饰乙炔炭黑。将表面修饰炭黑压制成直径为13mm的圆片，用四探针仪测试其电导率为12.3S/cm。
实施例5
在配有机械搅拌的密闭容器中，加入20g乙炔炭黑(粒径30-40nm)，在高速搅拌下，将10g浓度为1wt％的聚苯乙烯磺酸掺杂聚(3，4-乙撑二氧噻吩)水溶液均匀喷洒在乙炔炭黑中，然后将处理后的炭黑置于160℃的烘箱中，干燥1小时，即得聚苯乙烯磺酸掺杂聚(3，4-乙撑二氧噻吩)表面修饰乙炔炭黑。将表面修饰炭黑压制成直径为13mm的圆片，用四探针仪测试其电导率为16.7S/cm。

Claims (2)

1.一种水溶性导电高分子表面修饰炭黑，其特征在于，所述的水溶性导电高分子表面修饰炭黑的组成及重量份数比如下：
炭黑        100
导电高分子  0.5～5
其中：所述的炭黑为乙炔炭黑、炉法炭黑中的一种，其粒径为30-60nm，
所述的导电高分子是由选自浓度为1～10wt％的苯胺/邻胺基苯磺酸共聚物、苯胺/邻胺基苯甲酸共聚物、苯胺/N-丙烷磺酸基苯胺共聚物、聚苯乙烯磺酸掺杂聚苯胺、聚苯乙烯磺酸掺杂聚(3，4-乙撑二氧噻吩)的水溶液中的一种，均匀喷洒在炭黑中形成的。
2.如权利要求1所述的水溶性导电高分子表面修饰炭黑的制备方法，其特征在于，所述的方法是以炭黑为原料，以导电高分子水溶液为改性剂，按重量份数为导电高分子/炭黑＝(0.5～5)∶100的比例，在高速搅拌下将导电高分子水溶液均匀喷洒在炭黑中，在80-160℃干燥1-4小时后，制得导电高分子表面修饰炭黑。
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