CN101580620B - 一种导电聚合物纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导电聚合物纳米复合材料及其制备方法。复合材料是以锑掺杂二氧化锡纳米粉体为导电填料、可溶性绝缘聚合物为基体的透明导电复合材料及其制备方法。制备方法是将聚合物溶于丙酮等有机溶剂中，聚合物溶液边搅拌边加入定量的ATO有机溶剂分散浆料，形成均匀透明溶液，混合溶液逐渐加入到去离子水中絮凝沉淀，过滤、洗涤干燥，得到聚合物基纳米ATO复合材料。其中聚合物优选聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯等透明树脂。用本发明制备的复合材料质轻、易合成、价格低、环境友好、可见光透过率高。复合材料中锑掺杂二氧化锡(ATO)含量达3％以上，其体电阻率为106Ω·cm数量级，可起防静电和屏蔽电磁波作用，适用于制造抗静电塑料、纤维和涂料等多种产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种导电聚合物纳米复合材料及其制备方法，具体涉及一种以锑掺杂二氧化锡(以下称为ATO)纳米粉体为导电填料、可溶性绝缘聚合物为基体的导电复合材料及其制备方法。
背景技术
导电聚合物材料具有质轻、易成型、使用方便等特点，在抗静电防辐射领域有着广泛的应用前景。根据组成及导电机理，导电聚合物材料包括本征型和掺合型两种。在所有的导电复合材料中，浅色透明导电复合材料是目前国内外研究的重点领域，日本专利8-102227中介绍了一种导电膜，以含锡的氧化铟为导电细粉，用粘度为25cps或更低的含有聚合黏合剂的溶液浸渍基材，然后干燥或固化涂膜。然而氧化铟价格昂贵，且含锡的氧化铟为导电粉呈现特有的蓝黑色，无法大规模、宽领域的使用。
中国专利文献CN1765951A提供一种通过将ATO与原料单体进行原位聚合，达到改善所得聚酯树脂的抗静电性能之目的。然而要实现ATO对原料单体的原位聚合，首先要解决ATO在原料中的分散问题。中国专利ZL200510024671.2给出了一种两步法ATO的分散法可以较好的解决分散问题，但是其步骤冗长，不易规模化商业制备。
因此，导电复合材料的研究方向是：如何能制备工艺简单、环境友好、价格低廉、易于染色、功能多样化的高导电率复合材料。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种良好的机械性能、导电率高、可见光透过率高、造价低廉透明导电聚合物纳米复合材料及其制备方法。
本发明目的的实现方式为，一种导电聚合物纳米复合材料，是将聚合物溶于溶剂中，得聚合物溶液A，聚合物溶液A加入纳米锑掺杂二氧化锡的分散浆料得溶液B，溶液B加入到去离子水中絮凝沉淀所得材料，
其中聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和热固性环氧树脂中的一种，
聚合物溶剂为丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、苯、N，N-二甲基甲酰胺或二氯苯中的一种或者几种，
纳米ATO的分散浆料分散剂为丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、苯、N，N-二甲基甲酰胺或二氯苯中的一种或者几种，
纳米ATO中三氧化二锑和二氧化锡的重量比为1∶5～1∶10。
一种导电聚合物纳米复合材料的制备方法，具体步骤如下：
1)将聚合物在20～80℃下溶于溶剂中得聚合物溶液A，聚合物A的浓度为3一150毫克/毫升，
聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和热固性环氧树脂中的一种，
聚合物溶剂为丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺或二氯苯中的一种或者几种，
2)取聚合物溶液A装入装有搅拌装置的锥形瓶中，边搅拌边加入纳米ATO的分散浆料，形成均匀透明溶液B，
每100毫升聚合物溶液加入浆料0.5g-7.0g，浓度为5％-30％，
纳米ATO分散浆料的分散剂为丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺或二氯苯中的一种或者几种，
纳米ATO中三氧化二锑和二氧化锡的重量比为1∶5～1∶10，
3)将溶液B加入到150ml的去离子水中，加入过程中快速搅拌，加入完毕后将沉淀过滤、洗涤，在80℃下真空干燥，即可得导电聚合物纳米复合材料。
用本发明制备的复合材料具有质轻、易合成、价格低廉、环境友好和可见光透过率高等优点。当复合材料中锑掺杂二氧化锡(ATO)含量达到3％以上时，其体电阻率为106Ω·cm数量级，可以有效起到防静电和屏蔽电磁波的作用，适用于制造抗静电塑料、抗静电纤维和抗静电涂料等多种产品。
具体实施方式
本发明的导电聚合物纳米复合材料，是将聚合物溶于溶剂中，得聚合物溶液A，聚合物溶液A加入纳米锑掺杂二氧化锡的分散浆料得溶液B，溶液B加入到去离子水絮凝沉淀所得材料。
制备方法是将聚合物溶于丙酮等有机溶剂中，聚合物溶液边搅拌边加入定量的ATO有机溶剂分散浆料，形成均匀透明溶液，混合溶液逐渐加入到去离子水中絮凝沉淀，过滤、洗涤干燥，得到导电聚合物纳米ATO复合材料。
取2g导电聚合物纳米复合材料放入平板硫化机中，120～220℃下熔融3～15分钟，0.2～3KN压力下保压2～15分钟，冷却至室温后取出，得导电聚合物纳米复合透明片材。
采用本发明制备的导电聚合物纳米ATO复合材料由湖北大学分析测试中心用高阻计和四探针测试仪测试了导电性能。测试方法是，将不同含量的ATO/聚合物纳米复合片材，测试聚合物不同或者配比不同对聚合物复合材料的导电性能所产生的影响，其中最主要的是纳米ATO和聚合物之间的配比不同。
得出的结论是：复合材料中含有大于3％的纳米ATO可以使其体积电阻率达到106Ω·cm数量级。
采用可见-紫外分光光度计测试了波长为550nm的可见光的透过率，含有少于60％纳米ATO的复合材料透过率大于50％。
从上面的测试结果可以看出，采用本发明制备的产品具有较低的体积电阻率，具有较好的可见光透过性能，可以作为抗静电材料、电磁屏蔽材料等应用于各种领域。
下面举出本发明的具体实施例：
例1、将聚甲基丙烯酸甲酯在22℃下溶于四氢呋喃溶剂中，聚合物浓度为100毫克/毫升。取30ml聚合物溶液装入装有搅拌装置的锥形瓶中，边搅拌边加入0.5g浓度为30％的ATO(三氧化二锑和二氧化锡的重量百分比为1∶10)丙酮分散浆料，形成均匀透明溶液。
混合溶液逐渐加入到150ml去离子水中，加入过程中快速搅拌，加入完毕后将沉淀过滤、洗涤，在80℃下真空干燥，即可得到聚合物基纳米ATO复合材料。
取2g制备的纳米复合材料放入平板硫化机中，180℃下熔融3分钟，1.0KN压力下保压3分钟，冷却至室温后取出样品，得透明片材，制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率64％。
例2、方法同例1，不同的是，将聚苯乙烯在25℃下溶于N，N-二甲基甲酰胺溶剂中，聚合物浓度为150毫克/毫升。取30ml聚合物溶液装入装有搅拌装置的锥形瓶中，边搅拌边加入2.0g浓度为5％的ATO(三氧化二锑和二氧化锡的重量百分比为1∶5)N，N-二甲基甲酰胺分散浆料，形成均匀透明溶液。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率61％。
例3、方法同例1，不同的是，将聚甲基丙烯酸甲酯在25℃下溶于丙酮溶剂中，聚合物浓度为100毫克/毫升。取30ml聚合物溶液装入装有搅拌装置的锥形瓶中，边搅拌边加入1.0g浓度为15％的ATO(三氧化二锑和二氧化锡的重量百分比为1∶9)丙酮分散浆料，形成均匀透明溶液。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率70％。
例4、方法同例1，不同的是，将热固性环氧树脂在80℃下溶于苯溶剂中，聚合物浓度为3毫克/毫升。取1000ml聚合物溶液装入装有搅拌装置的锥形瓶中，边搅拌边加入1.0g浓度为5％的ATO(三氧化二锑和二氧化锡的重量百分比为1∶5)四氢呋喃分散浆料，形成均匀透明溶液。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到104Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率45％。
例5、方法同例1，不同的是，聚合物的溶剂为氯仿，ATO的溶剂为氯仿。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率55％。
例6、方法同例1，不同的是，聚合物的溶剂为甲苯，ATO的溶剂为甲苯。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率55％。
例7、方法同例1，不同的是，聚合物的溶剂为二氯苯，ATO的溶剂为二氯苯。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率55％。
例8、方法同例1，不同的是，聚合物的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，ATO的溶剂为苯。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率55％。
例9、方法同例1，不同的是，聚合物的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，ATO的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺和丙酮的混合溶剂(两种溶剂的体积比为1∶1，分散液的浓度为30％)。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率53％。
例10、方法同例1，不同的是，聚合物的溶剂为N，N-二甲基甲酰胺，ATO的溶剂为苯和甲苯的混合溶剂(混合溶剂中苯和甲苯的体积比为1∶2，分散液的浓度为30％)。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率54％。
例11、方法同例1，不同的是，将聚甲基丙烯酸甲酯在25℃下溶于丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的混合溶剂(丙酮和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1∶1)中，聚合物浓度为100毫克/毫升。取30ml聚合物溶液装入装有搅拌装置的锥形瓶中，边搅拌边加入1.0g浓度为15％的ATO(三氧化二锑和二氧化锡的重量百分比为1∶9)丙酮分散浆料，形成均匀透明溶液。制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率68％。
例12、方法同例4，不同的是，复合材料干燥温度为120℃。取2g制备的纳米复合材料放入平板硫化机中，220℃下熔融3分钟，0.2KN压力下保压2分钟，冷却至室温后取出样品，得透明片材，制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率45％。
例13、方法同例1，不同的是，复合材料干燥温度为90℃。取2g制备的纳米复合材料放入平板硫化机中，120℃下熔融15分钟，3.0KN压力下保压15分钟，冷却至室温后取出样品，得透明片材，制成样品后即可进行相关性能测试，体积电阻率达到106Ω·cm数量级，550nm的可见光的透过率54％。
Claims (3)
1.一种导电聚合物纳米复合材料，其特征在于是将聚合物溶于溶剂中，得聚合物溶液A，聚合物溶液A加纳米锑掺杂二氧化锡的分散浆料得溶液B，溶液B加入到去离子水中絮凝沉淀所得材料，
其中聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和热固性环氧树脂中的一种，
聚合物溶剂为丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、苯、N，N-二甲基甲酰胺或二氯苯中的一种或者几种，
纳米锑掺杂二氧化锡的分散浆料浓度为5～30％，分散剂为丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、苯、N，N-二甲基甲酰胺或二氯苯中的一种或者几种，
纳米三氧化二锑和二氧化锡的重量比为1∶5～1∶10。
2.权利要求1所述的一种导电聚合物纳米复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
1)将聚合物在20～80℃下溶于溶剂中得聚合物溶液A，聚合物A的浓度为3-150毫克/毫升，
聚合物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯和热固性环氧树脂中的一种，
聚合物溶剂为丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺或二氯苯中的一种或者几种，
2)取聚合物溶液A装入装有搅拌装置的锥形瓶中，边搅拌边加入纳米锑掺杂二氧化锡的分散浆料，形成均匀透明溶液B，
每100毫升聚合物溶液加入浆料0.5g-7.0g，浆料浓度为5％-30％，三氧化二锑和二氧化锡的重量比为1∶5～1∶10，
纳米锑掺杂二氧化锡分散浆料的分散剂为丙酮、氯仿、四氢呋喃、甲苯、N，N-二甲基甲酰胺或二氯苯中的一种或者几种，
3)将溶液B加入到150ml的去离子水中，加入过程中快速搅拌，加入完毕后将沉淀过滤、洗涤，在80℃下真空干燥，即可得导电聚合物纳米复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种导电聚合物纳米复合材料的制备方法，其特征在于取2g导电聚合物纳米复合材料放入平板硫化机中，120～220℃下熔融3～15分钟，0.2～3KN压力下保压2～15分钟，冷却至室温后取出，得导电聚合物纳米复合透明片材。
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