CN102212244B - 一种高电导率的导电塑料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高电导率的导电塑料及其制备方法。导电塑料由塑料基体、导电聚苯胺、分散剂和抗氧剂组成。制备方法包括：1、导电聚苯胺的合成：用无机酸作掺杂剂；将苯胺加入蒸馏水中；过硫酸铵溶于蒸馏水中；匀速滴加过硫酸铵溶液；抽滤、洗涤；干燥。2、导电塑料的制备：在混炼机中先加入塑料基体树脂和分散剂，混炼一段时间，然后再加入塑料基体树脂，再加入聚苯胺，直至两组分都混炼完全，取混炼物放入模具中，热压，冷却至室温。本发明采用热熔共混法制备高电导率的导电塑料。该材料克服了现有导电塑料的导电填料填充量大、填料与塑料基体相容性差等缺点，体积电导率在较大范围内可调，基体塑料原有的力学性能、加工性能保持率极高。

Description

一种高电导率的导电塑料及其制备方法

技术领域

本发明涉及的是一种导电材料及其制备方法，具体地说是一种高电导率的导电塑料及其制备方法。

背景技术

导电塑料是由导电性物质与塑料基体以一定方式复合而成的功能性高分子材料。这类材料可广泛用作防静电材料、电极材料、发热体材料、电磁波屏蔽材料等，在抗静电、电路电子元器件、传感器、电磁屏蔽等领域有诸多应用。常用的导电填料可分为抗静电剂系、金属系和碳系三大类。抗静电剂填充型导电塑料的电导率较低，为10^-13-10^-10S/cm，一般用作抗静电产品；金属填充型导电塑料主要用于电磁波屏蔽场合，使用的金属填料主要是银粉、镍粉和不锈钢纤维等，制品的电导率为10¹-10³S/cm，电磁波屏蔽效果为30-60分贝。碳系填充型导电塑料的填充物主要是导电炭黑、石墨和碳纤维，制品的电导率在10^-9-10^-2S/cm间调节，完全可以满足导电材料的防静电、除静电需求。

随着导电材料的不断开发利用，对导电塑料电性能的要求越来越高，导电塑料用作发热体时，要求其电导率高于10^-2S/cm。采用传统的导电填料如碳系填料制备导电塑料，虽具有价格低廉、原料来源广泛等显著优点，但是随着导电填料的填充量增加，填料与塑料基体相容性差，会影响基体塑料原有的力学性能，尤其对材料电导率有较高要求时这一问题显得更为突出。例如：中国专利CN1083767A的公开了一种制备可用作加热膜的导电塑料的方法，其需要的导电填料(碳黑)含量重量分数最高达60％，碳黑如此高的填充会增加体系的熔体粘度，降低材料的冲击强度，还会带来碳黑粒子易脱落造成洁净室污染等不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电导率高，体积电导率在较大范围内可调，并且基体塑料原有的力学性能、加工性能等保持率极高的高电导率的导电塑料。本发明的目的还在于提供一种高电导率的导电塑料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的高电导率的导电塑料由塑料基体、导电聚苯胺、分散剂和抗氧剂组成，各组分的质量百分比为：65-90∶10-30∶1-5∶0.1-0.2。

本发明的高电导率的导电塑料是采用如下方法制备的：

1.导电聚苯胺的合成

(1)采用无机酸作掺杂剂，配制0.5-3mol/L的稀盐酸；

(2)采用溶液聚合方法，以水作为反应溶剂，将10ml苯胺加入50-100ml蒸馏水中；

(3)称取氧化剂过硫酸铵8-24g溶于60-80ml蒸馏水中，再转入恒压滴液漏斗；

(4)反应温度控制20-25℃，匀速滴加氧化剂溶液50-100min，匀速搅拌充分反应100-150min；

(5)反应液用旋片式真空泵抽滤，先用稀酸、丙酮、蒸馏水洗涤；

(6)放入电热恒温鼓风干燥箱中，温度控制在60±5℃充分干燥，得到盐酸掺杂态聚苯胺粉末；

2.聚苯胺导电塑料的制备

(1)预热混炼机和平板硫化机，分别设定混炼机和硫化机的加热温度为高于塑料基体的熔点温度；

(2)待混炼机达到设定温度，先加入塑料基体树脂和分散剂，混炼一段时间，塑料基体树脂呈现粘流态时缓慢加入聚苯胺粉末，使其充分混炼均匀；然后再加入塑料基体树脂，再加入聚苯胺，直至两组分都混炼完全，混炼时间为15-20min；

(3)经过3-5次混炼后，取混炼物放入模具中，在平板硫化机中热压20-30min，模压温度160℃，压力15MPa，冷却至室温。

所述的塑料基体为为ABS树脂、即丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，设定混炼机加热温度为180℃，硫化机加热温度为160℃。

本征导电聚合物是一类具有共轭双键结构的高分子材料，经掺杂后可呈现高导电性。有研究表明，与碳系填料相比，在导电性接近的情况下，本征导电聚合物的填充量较低，而且与塑料基体的相容性良好，因此使得基体塑料原有的力学性能保持率较高。其中，聚苯胺具有多样的结构，独特的掺杂机制、优异的物理化学性能、良好的稳定性和原料的价廉易得等优点，是具有实际应用意义的一类本征导电聚合物。

本发明利用本征导电聚合物聚苯胺的优异特性，采用热熔共混法制备了一种高电导率的导电塑料。该材料克服了现有导电塑料的导电填料填充量大、填料与塑料基体相容性差等缺点，体积电导率在较大范围内可调，并且基体塑料原有的力学性能、加工性能等保持率极高。

根据F.Bueche提出的复合型导电聚合物导电无限网链理论，复合型导电聚合物材料以绝缘聚合物为基体，掺入导电粒子，根据隧道效应，当两个导电微粒之间的非导电层很薄，大约10nm时，在电场作用下，电子越过低的势垒流动而使材料具有导电性。因为隧道效应只有在导电粒子非常接近，即导电通路或网络形成时才能产生效果，所以只有导电粒子在聚合物基体中均匀分散，才能拥有良好的导电效果。聚苯胺粒子与塑料基体的相容性良好，可实现优于无机填料的分散效果，其柔性链段的伸展也有助于导电微粒间的接触，良好的分散效果和增加的接触机率都有利于较低填充量下导电网络的形成。

本发明与目前现有技术相比的优点主要体现在：

1.以导电聚合物聚苯胺为导电填料，可以解决传统填料填充量大、与塑料基体相容性差的问题，制备的导电塑料稳定性好；

2.本法制备的导电塑料的电导率可接近纯的本征导电聚合物水平，可实现电导率较大范围内可调；

3.基体塑料原有的力学性能、加工性能等保持率极高；

4.本发明采用通用的塑料加工方法，制备工艺简单，成本低廉，易实现工业化生产。

具体实施方式

下面举例对本发明做更详细的描述：

1.导电聚苯胺的合成

(1)采用无机酸盐酸作掺杂剂，配制2mol/L的稀盐酸；

(2)采用溶液聚合方法，以水作为反应溶剂，将10ml苯胺加入100ml蒸馏水中；

(3)称取氧化剂过硫酸铵12g溶于80ml蒸馏水中，再转入恒压滴液漏斗；

(4)反应温度控制25℃，匀速滴加氧化剂溶液100min，匀速搅拌充分反应120min；

(5)反应液用旋片式真空泵抽滤，先用稀酸、丙酮、蒸馏水洗涤；

(6)放入电热恒温鼓风干燥箱(温度控制在60℃左右)中充分干燥，即得到盐酸掺杂态聚苯胺粉末，采用四探针测试仪测其电导率可达468S/cm.

2.聚苯胺导电塑料的制备

(1)预热混炼机和平板硫化机。分别设定混炼机和硫化机的加热温度(高于塑料基体的熔点温度20-30℃)，例如，塑料基体为ABS树脂(丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)，设定混炼机加热温度为180℃，硫化机加热温度为160℃。

(2)待混炼机达到设定温度，先加入ABS树脂和分散剂N，N-乙撑双硬脂酰胺，混炼一段时间，ABS树脂呈现粘流态时方可缓慢加入聚苯胺粉末，使其充分混炼均匀；然后再加入ABS树脂，再加入聚苯胺，直至两组分都混炼完全，混炼时间大约为15-20min。

(3)经过3-5次混炼后，取混炼物放入模具中，在平板硫化机中热压20-30min，模压温度160℃，压力15MPa，得到60×15×3mm的测试样片。冷却至室温，用四探针测试仪测其电导率可达1.3S/cm。

Claims (1)

1.一种高电导率的导电塑料的制备方法，其特征是：

（1）导电聚苯胺的合成

1)采用无机酸作掺杂剂，配制0.5-3mol/L的稀盐酸；

2)采用溶液聚合方法，以水作为反应溶剂，将10ml苯胺加入50-100ml蒸馏水中；

3)称取氧化剂过硫酸铵8-24g溶于60-80ml蒸馏水中，再转入恒压滴液漏斗；

4)反应温度控制20-25℃，匀速滴加氧化剂溶液50-100min，匀速搅拌充分反应100-150min；

5)反应液用旋片式真空泵抽滤，先用稀酸、丙酮、蒸馏水洗涤；

6)放入电热恒温鼓风干燥箱中，温度控制在60±5℃充分干燥，得到盐酸掺杂态聚苯胺粉末；

（2）聚苯胺导电塑料的制备

1)预热混炼机和平板硫化机，分别设定混炼机和硫化机的加热温度为高于塑料基体的熔点温度；

2)待混炼机达到设定温度，先加入塑料基体树脂和分散剂，混炼一段时间，塑料基体树脂呈现粘流态时缓慢加入聚苯胺粉末，使其充分混炼均匀；然后再加入塑料基体树脂，再加入聚苯胺，直至两组分都混炼完全，混炼时间为15-20min；

3)经过3-5次混炼后，取混炼物放入模具中，在平板硫化机中热压20-30min，模压温度160℃，压力15MPa，冷却至室温；

所述塑料基体是ABS树脂，混炼机加热温度为180℃，硫化机加热温度为160℃；所述分散剂是N,N-乙撑双硬脂酰胺。