CN109942731A - 一种纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，包括以下步骤：依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉；将所述晾干后的金粉加入到丙酮中，然后通过超声作用使金粉解离成纳米金颗粒并均匀分散，得到纳米金/丙酮混合溶液；向所述纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯后，在超声条件下进行聚合反应，使甲基丙烯酸甲酯聚合成为聚甲基丙烯酸甲酯，得到浑浊的液固混合物；分离出所述液固混合物中的固体物质并干燥，得纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。本发明通过使纳米金与聚甲基丙烯酸甲酯复合时，被聚甲基丙烯酸甲酯高分子链包围而形成壳核结构，改善了导电材料的导电稳定性。

Description

一种纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法

技术领域

本发明涉及导电材料技术领域，特别涉及有机导电材料技术领域，具体涉及一种纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法。

背景技术

有机导电材料柔软性高、密度小且导电性能优异，近年来逐渐成为一个新的研究领域。有机高分子材料本身导电性不佳或者不导电，所以需要在有机材料内部填充导电填料制成复合导电材料，来提高有机材料的导电性，其中，导电填料在有机材料中的填充方式多为机械填充，然而，机械填充的方式容易出现导电填料分散性不均匀和机械稳定性不好的问题，尤其在选用无机纳米颗粒作为导电填料时更甚，从而导致制得的导电材料的导电稳定性不甚理想。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，旨在改善导电材料的导电稳定性。

为实现上述目的，本发明提出一种纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，包括以下步骤：

依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉；

将所述晾干后的金粉加入到丙酮中，然后通过超声作用使金粉解离成纳米金颗粒并均匀分散，得到纳米金/丙酮混合溶液；

向所述纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯后，在超声条件下进行聚合反应，使甲基丙烯酸甲酯聚合成为聚甲基丙烯酸甲酯，得到浑浊的液固混合物；

分离出所述液固混合物中的固体物质并干燥，得纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。

可选地，所述金粉、所述甲基丙烯酸甲酯和所述丙酮的质量份数对应为1～2份、10～20份和15～20份。

可选地，将所述晾干后的金粉加入到丙酮中，然后通过超声作用使金粉解离成纳米金颗粒并均匀分散，得到纳米金/丙酮混合溶液的步骤中：

所述超声作用时的超声功率为45～60kHz、超声时间为20～30min；和/或，

所述超声作用在真空环境中进行。

可选地，向所述纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯后，在超声条件下进行聚合反应，使甲基丙烯酸甲酯聚合成为聚甲基丙烯酸甲酯，得到浑浊的液固混合物的步骤中：

所述超声条件为：超声功率25～35kHz、超声时间20～45min；和/或，

所述聚合反应在真空环境中进行。

可选地，依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉的步骤，包括：

使用盐酸溶液冲洗金粉后，再使用去离子水冲洗，得到初次清洗后的金粉；

使用氢氧化钠溶液对所述初次清洗后的金粉再次进行冲洗，冲洗完毕后再使用去离子水冲洗，然后晾干，得到晾干后的金粉。

可选地，依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉的步骤中：

所述盐酸溶液的摩尔浓度为0.05～0.2mol/L。

可选地，依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉的步骤中：

所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.05～0.2mol/L。

可选地，分离出所述液固混合物中的固体物质并干燥，得纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的步骤中：

所述干燥时的干燥温度为45～65℃、干燥时间为15～25min。

本发明提供的技术方案中，通过超声作用使金粉解离成为纳米金颗粒，由于纳米金表面自由能大，具有多个空轨道，能够和氧原子形成配位键，从而使得甲基丙烯酸甲酯在纳米金颗粒附近发生聚合反应，而形成纳米金被聚甲基丙烯酸甲酯高分子链包围的壳核结构，该壳核结构一旦形成即具有稳定的形态和结构，纳米金颗粒不会从高分子材料中溢出，从而达到使纳米金作为导电填料时能够均匀且稳定的分散在导电材料中的目的，进而改善了导电材料的导电稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅为本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明提供的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法的一实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

有机高分子材料本身导电性不佳或者不导电，所以需要在有机材料内部填充导电填料制成复合导电材料，来提高有机材料的导电性，其中，导电填料在有机材料中的填充方式多为机械填充，然而，机械填充的方式容易出现导电填料分散性不均匀和机械稳定性不好的问题，尤其在选用无机纳米颗粒作为导电填料时更甚，从而导致制得的导电材的导电稳定性不甚理想。

鉴于此，本发明提出一种纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，使甲基丙烯酸甲酯在纳米金附近发生聚合反应，生成纳米金被聚甲基丙烯酸甲酯所包围的壳核结构，从而实现纳米金作为导电填料时的均匀和稳定分散，图1所示为本发明提供的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法的一实施例。请参阅图1，在本实施例中，所述纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法包括以下步骤：

步骤S10、依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉；

通过盐酸溶液和氢氧化钠溶液的冲洗，除去金粉表面的杂质或氧化层等，完成对金粉的预处理，而在使用盐酸溶液和氢氧化钠进行冲洗的过程中，为避免所选用的清洗溶剂残留在金粉表面而对后续的操作造成影响，优选为在使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液进行冲洗后，均采用去离子水进行冲洗，具体操作步骤包括：

步骤S11、使用盐酸溶液冲洗金粉后，再使用去离子水冲洗，得到初次清洗后的金粉；

步骤S12、使用氢氧化钠溶液对所述初次清洗后的金粉再次进行冲洗，冲洗完毕后再使用去离子水冲洗，然后晾干，得到晾干后的金粉。

其中，在使用所述盐酸溶液对所述金粉进行冲洗时，优选为所述盐酸溶液的质量为所述金粉质量的4～10倍，更优选为5倍，且所选用的盐酸溶液的摩尔浓度为0.05～0.2mol/L，在冲洗完毕后再采用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为6.5～7.2。在使用所述氢氧化钠溶液对所述金粉进行冲洗时，优选为所述氢氧化钠溶液的质量为所述金粉质量的4～10倍，更优选为5倍，且所选用的氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.05～0.2mol/L，在冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为6.5～7.2。

步骤S20、将所述晾干后的金粉加入到丙酮中，然后通过超声作用使金粉解离成纳米金颗粒并均匀分散，得到纳米金/丙酮混合溶液；

先将所述金粉加入到丙酮中，然后将金粉和丙酮的混合物放入到超声仪中，在45～60kHz的超声功率下超声作用20～30min，在此超声功率下，超声波能量非常高，从而能够将所述金粉解离为纳米金颗粒并均匀分散于丙酮中，得到含有纳米金颗粒的丙酮混合液。进一步地，步骤S20中的所述超声作用更优选为在真空环境中进行，可以减少外界环境对所述混合溶液体系的影响。

步骤S30、向所述纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯后，在超声条件下进行聚合反应，使甲基丙烯酸甲酯聚合成为聚甲基丙烯酸甲酯，得到浑浊的液固混合物；

在向所述纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯后，使用磁力搅拌器使反应原料充分混合均匀，然后再将混合溶液放入超声仪中，在25～35kHz的超声功率下超声作用20～45min，在此超声功率下，超声波能量能够断裂有机物中的π键，产生两个均含有一个自由电子的碳原子，这两个碳原子分别和邻近的甲基丙烯酸甲酯分子中的碳原子生成碳-碳单键，从而实现甲基丙烯酸甲酯的聚合反应，且由于纳米金颗粒表面自由能大，具有多个空轨道，能够与氧原子形成配位键，所以甲基丙烯酸甲酯会在纳米金颗粒附近发生上述聚合反应，最终形成纳米金被聚甲基丙烯酸甲酯高分子链锁包围的壳核结构，从而得到有纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料生成的液固混合物。进一步地，步骤S30中的超声反应过程同样优选为在真空环境中进行，以减少外界环境对反应体系的影响。

在本实施例中，对于由纳米金、甲基丙烯酸甲酯和丙酮形成的反应体系而言，其中的所述金粉(所述金粉的质量即为由所述金粉经超声作用得到的纳米金颗粒的质量)、所述甲基丙烯酸甲酯和所述丙酮的质量份数对应为1～2份、10～20份和15～20份，能够实现所述纳米金颗粒与所述聚甲基丙烯酸甲酯的充分结合，以形成结构稳定的复合导电材料。

步骤S40、分离出所述液固混合物中的固体物质并干燥，得纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。

待反应完成后，将得到的所述液固混合物进行过滤并收集滤渣，然后阿静所述滤渣放入到干燥箱中进行干燥，其中，干燥时的干燥温度为45～65℃、干燥时间为15～25min，干燥完成后得到粉末状的干燥产物，即获得由纳米金颗粒与聚甲基丙烯酸甲酯复合而成的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。

本发明提供的技术方案中，通过超声作用使金粉解离成为纳米金颗粒，由于纳米金表面自由能大，具有多个空轨道，能够和氧原子形成配位键，从而使得甲基丙烯酸甲酯在纳米金颗粒附近发生聚合反应，而形成纳米金被聚甲基丙烯酸甲酯高分子链包围的壳核结构，该壳核结构一旦形成即具有稳定的形态和结构，纳米金颗粒不会从高分子材料中溢出，从而达到使纳米金作为导电填料时能够均匀且稳定的分散在导电材料中的目的，进而改善了导电材料的导电稳定性，得到结构稳定、导电稳定性优良的复合导电材料。

以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

(1)分别称取金粉1g、甲基丙烯酸甲酯10g、丙酮15g、氢氧化钠溶液(摩尔浓度为0.05mol/L)5g、盐酸溶液(摩尔浓度为0.05mol/L)5g和去离子水若干，备用；

(2)先用盐酸溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为6.5，再用氢氧化钠溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为6.5，然后将清洗后的金粉自然晾干；

(3)将晾干后的金粉加入丙酮中，然后放入超声功率设置为45kHz的超声仪中超声20min，得到纳米金/丙酮混合溶液；

(4)向得到的纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯，使用磁力搅拌器浑噩和均匀后，放入超声功率设置为25kHz的超声仪中超声20min，得到浑浊的液固混合液；

(5)将得到的液固混合物进行过滤，然后将过滤得到的滤渣放入温度设置为45℃的干燥箱中干燥15min，得到纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。

实施例2

(1)分别称取金粉1.5g、甲基丙烯酸甲酯20g、丙酮20g、氢氧化钠溶液(摩尔浓度为0.10mol/L)6g、盐酸溶液(摩尔浓度为0.10mol/L)6g和去离子水若干，备用；

(2)先用盐酸溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为7.2，再用氢氧化钠溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为7.2，然后将清洗后的金粉自然晾干；

(3)将晾干后的金粉加入丙酮中，然后放入超声功率设置为60kHz的超声仪中超声30min，得到纳米金/丙酮混合溶液；

(4)向得到的纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯，使用磁力搅拌器浑噩和均匀后，放入超声功率设置为35kHz的超声仪中超声40min，得到浑浊的液固混合液；

(5)将得到的液固混合物进行过滤，然后将过滤得到的滤渣放入温度设置为65℃的干燥箱中干燥25min，得到纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。

实施例3

(1)分别称取金粉1g、甲基丙烯酸甲酯15g、丙酮17g、氢氧化钠溶液(摩尔浓度为0.20mol/L)8g、盐酸溶液(摩尔浓度为0.20mol/L)9g和去离子水若干，备用；

(2)先用盐酸溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为7.0，再用氢氧化钠溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为7.0，然后将清洗后的金粉自然晾干；

(3)将晾干后的金粉加入丙酮中，然后放入超声功率设置为50kHz的超声仪中超声25min，得到纳米金/丙酮混合溶液；

(4)向得到的纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯，使用磁力搅拌器浑噩和均匀后，放入超声功率设置为30kHz的超声仪中超声35min，得到浑浊的液固混合液；

(5)将得到的液固混合物进行过滤，然后将过滤得到的滤渣放入温度设置为60℃的干燥箱中干燥20min，得到纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。

实施例4

(1)分别称取金粉1.2g、甲基丙烯酸甲酯12g、丙酮18g、氢氧化钠溶液(摩尔浓度为0.15mol/L)12g、盐酸溶液(摩尔浓度为0.15mol/L)12g和去离子水若干，备用；

(2)先用盐酸溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为6.8，再用氢氧化钠溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为6.8，然后将清洗后的金粉自然晾干；

(3)将晾干后的金粉加入丙酮中，然后放入超声功率设置为55kHz的超声仪中超声24min，得到纳米金/丙酮混合溶液；

(4)向得到的纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯，使用磁力搅拌器浑噩和均匀后，放入超声功率设置为28kHz的超声仪中超声26min，得到浑浊的液固混合液；

(5)将得到的液固混合物进行过滤，然后将过滤得到的滤渣放入温度设置为50℃的干燥箱中干燥18min，得到纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。

实施例5

(1)分别称取金粉2g、甲基丙烯酸甲酯19g、丙酮19g、氢氧化钠溶液(摩尔浓度为0.18mol/L)9g、盐酸溶液(摩尔浓度为0.18mol/L)9g和去离子水若干，备用；

(2)先用盐酸溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为7.0，再用氢氧化钠溶液冲洗金粉，冲洗完毕后再用去离子水冲洗多次至冲洗溶液的pH值为7.0，然后将清洗后的金粉自然晾干；

(3)将晾干后的金粉加入丙酮中，然后放入超声功率设置为58kHz的超声仪中超声28min，得到纳米金/丙酮混合溶液；

(4)向得到的纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯，使用磁力搅拌器浑噩和均匀后，放入超声功率设置为34kHz的超声仪中超声40min，得到浑浊的液固混合液；

(5)将得到的液固混合物进行过滤，然后将过滤得到的滤渣放入温度设置为55℃的干燥箱中干燥24min，得到纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。

为了进一步说明本发明的有益效果，分别测试实施例1至5制备的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的导电稳定性，测试方法和结果如下：

取各实施例制备的导电材料测试其电导率，然后再将导电材料放入离心机中离心24h和36h，再分别测试导电材料的电导率，测试结果如下表1所示。

表1纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的导电稳定性

由上述表1中的结果可知，纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料在经过离心24h和36h后的电导率，相比于离心前基本没有出现明显的下降，说明本发明实施例制备的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料，由于形成了纳米金被聚甲基丙烯酸甲酯包围的壳核结构而改善了导电材料的导电稳定性，得到一种导电填料分散均匀、结构稳定且导电稳定性良好的复合导电材料。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉；

将所述晾干后的金粉加入到丙酮中，然后通过超声作用使金粉解离成纳米金颗粒并均匀分散，得到纳米金/丙酮混合溶液；

向所述纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯后，在超声条件下进行聚合反应，使甲基丙烯酸甲酯聚合成为聚甲基丙烯酸甲酯，得到浑浊的液固混合物；

分离出所述液固混合物中的固体物质并干燥，得纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料。

2.如权利要求1所述的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，其特征在于，所述金粉、所述甲基丙烯酸甲酯和所述丙酮的质量份数对应为1～2份、10～20份和15～20份。

3.如权利要求1所述的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，其特征在于，将所述晾干后的金粉加入到丙酮中，然后通过超声作用使金粉解离成纳米金颗粒并均匀分散，得到纳米金/丙酮混合溶液的步骤中：

所述超声作用时的超声功率为45～60kHz、超声时间为20～30min；和/或，

所述超声作用在真空环境中进行。

4.如权利要求1所述的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，其特征在于，向所述纳米金/丙酮混合溶液中加入甲基丙烯酸甲酯后，在超声条件下进行聚合反应，使甲基丙烯酸甲酯聚合成为聚甲基丙烯酸甲酯，得到浑浊的液固混合物的步骤中：

所述超声条件为：超声功率25～35kHz、超声时间20～45min；和/或，

所述聚合反应在真空环境中进行。

5.如权利要求1所述的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，其特征在于，依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉的步骤，包括：

使用盐酸溶液冲洗金粉后，再使用去离子水冲洗，得到初次清洗后的金粉；

使用氢氧化钠溶液对所述初次清洗后的金粉再次进行冲洗，冲洗完毕后再使用去离子水冲洗，然后晾干，得到晾干后的金粉。

6.如权利要求1所述的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，其特征在于，依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉的步骤中：

所述盐酸溶液的摩尔浓度为0.05～0.2mol/L。

7.如权利要求1所述的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，其特征在于，依次使用盐酸溶液和氢氧化钠溶液对金粉进行冲洗后晾干，得晾干后的金粉的步骤中：

所述氢氧化钠溶液的摩尔浓度为0.05～0.2mol/L。

8.如权利要求1所述的纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的制备方法，其特征在于，分离出所述液固混合物中的固体物质并干燥，得纳米金/聚甲基丙烯酸甲酯导电材料的步骤中：

所述干燥时的干燥温度为45～65℃、干燥时间为15～25min。