CN110317449A - 一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，包括如下步骤：（1）碳纳米管的酸化处理：（2）制备预聚体；（3）制备自修复聚酰胺；（4）制备自修复导电聚酰胺。本发明一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，通过合理的选料配配比和制备工艺的设计，成功地制备出具有自修复性能和导电性能的聚酰胺高分子材料，且机械性能和导电性能良好，自修复次数多，综合性能优异，具有广阔的应用前景。

Description

一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别是涉及一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法。
背景技术
高分子材料以其超高的分子量、超轻的质量、优良的力学性能、绝缘性能等优点在当代人类生产生活中发挥着非常重要的作用。众所周知，高分子材料具有金属材料所没有的加工温度低，成型工艺简单，耐腐蚀等优点，在工业领域具有广泛的应用前景。
功能性高分子材料在医药、生物工程、军事等领域具有更大的应用价值。目前业界欠缺对自修复更能性高分子材料的研究开发。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）碳纳米管的酸化处理：
将碳纳米管加入到一定体积比的浓硝酸和浓硫酸的强氧化性酸溶液中，加热搅拌回流，反应结束后，冷却、洗涤干燥备用；
（2）制备预聚体：将二聚脂肪酸和二乙烯三胺按一定的质量比置于三口烧瓶中，室温搅拌混合后，在惰性气氛下，加热冷凝回流反应，然后加入有机溶剂提纯，搅拌均匀后静置分层，取下层液真空干燥备用；
（3）制备自修复聚酰胺：在超声震荡下，向步骤（2）中所得的预聚体中加入一定量的单质钴，超声震荡均匀后，加入尿素，加热搅拌均匀后，冷却得到所述自修复聚酰胺；
（4）制备自修复导电聚酰胺：向步骤（3）中所得的自修复聚酰胺中加入一定量的步骤（1）中酸化处理的碳纳米管、纳米银粉、季戊四醇、凹凸棒土、扩链剂和支化剂，搅拌均匀后，经双螺杆挤出机基础造粒，得到所述自修复导电聚酰胺。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中，所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为0.5:1；所述回流的工艺条件为：温度110～115℃，时间1～2h。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，所述二聚脂肪酸和二乙烯三胺的质量比为3：1；所述回流反应的工艺条件为：氩气气氛，150℃，30h。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，所述有机溶剂为甲醇、二氯甲烷和蒸馏水以1:3:6的体积比混合的混合溶液。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，所述单质钴和尿素的加入质量分别为所述预聚体质量的1倍和2倍。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，所述加热的温度为45～50℃。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述自修复聚酰胺、导电填料、季戊四醇、凹凸棒土、扩链剂和支化剂的重量分分别为：自修复聚酰胺100份、碳纳米管5～8份、纳米银粉5～8份、季戊四醇0 .1～0.5份、凹凸棒土5～10份、扩链剂 1～3份、支化剂0.01～0.05份。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述螺杆挤出的工艺条件为：温度230～255℃，真空度为0.05～0.08MPa。
在本发明一个较佳实施例中，所述碳纳米管的规格为：直径10～20nm，长度1～5μm；所述纳米银粉的粒径为20～30nm。
在本发明一个较佳实施例中，所述扩链剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物和环氧基苯乙烯-丙烯酸酯低聚物以1:1的比例混合的混合物；所述的支化剂是三羧基苯磺酸和三氨基三苯甲烷以1:1的比例的混合物。
本发明的有益效果是：本发明一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，通过合理的选料配配比和制备工艺的设计，成功地制备出具有自修复性能和导电性能的聚酰胺高分子材料，且机械性能和导电性能良好，自修复次数多，综合性能优异，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
本发明揭示了一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）碳纳米管的酸化处理：
将碳纳米管加入到体积比为0.5:1的浓硝酸和浓硫酸的强氧化性酸溶液中，加热至110℃搅拌回流2h，反应结束后，冷却至室温、洗涤干燥备用；
（2）制备预聚体：将二聚脂肪酸和二乙烯三胺按质量比为3：1的比例置于三口烧瓶中，室温搅拌混合后，通入惰性氩气，加热至150℃冷凝回流反应30h，再此过程中持续通入氩气，然后加入占反应溶液2倍体积的有机溶剂提纯，搅拌均匀后静置分层，取下层液75℃真空干燥备用；
所述有机溶剂为甲醇、二氯甲烷和蒸馏水以1:3:6的体积比混合的混合溶液；
（3）制备自修复聚酰胺：在超声震荡下，向步骤（2）中所得的预聚体中加入占所述预聚体质量1倍的的单质钴，超声震荡20分钟至均匀，再加入占所述预聚体质量2倍的尿素，加热至45～50℃，搅拌均匀后，冷却得到所述自修复聚酰胺；
（4）制备自修复导电聚酰胺：按照自修复聚酰胺100份、碳纳米管5份、粒径为20～30nm的纳米银粉5份、季戊四醇0 .1份、凹凸棒土5份、扩链剂 1份、支化剂0.01份的配方量，向步骤（3）中所得的自修复聚酰胺中加入直径为10～20nm，长度为1～5μm的碳纳米管、纳米银粉、季戊四醇、凹凸棒土、扩链剂和支化剂，搅拌均匀后，经双螺杆挤出机在挤出温度为230℃，真空度为0.05～0.08MPa的条件下挤出造粒，得到所述自修复导电聚酰胺。
其中，所述扩链剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物和环氧基苯乙烯-丙烯酸酯低聚物以1:1的比例混合的混合物；所述的支化剂是三羧基苯磺酸和三氨基三苯甲烷以1:1的比例的混合物。
实施例2
本发明揭示了一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）碳纳米管的酸化处理：
将碳纳米管加入到体积比为0.5:1的浓硝酸和浓硫酸的强氧化性酸溶液中，加热至115℃搅拌回流1h，反应结束后，冷却至室温、洗涤干燥备用；
（2）制备预聚体：将二聚脂肪酸和二乙烯三胺按质量比为3：1的比例置于三口烧瓶中，室温搅拌混合后，通入惰性氩气，加热至150℃冷凝回流反应30h，再此过程中持续通入氩气，然后加入占反应溶液2倍体积的有机溶剂提纯，搅拌均匀后静置分层，取下层液75℃真空干燥备用；
所述有机溶剂为甲醇、二氯甲烷和蒸馏水以1:3:6的体积比混合的混合溶液；
（3）制备自修复聚酰胺：在超声震荡下，向步骤（2）中所得的预聚体中加入占所述预聚体质量1倍的的单质钴，超声震荡20分钟至均匀，再加入占所述预聚体质量2倍的尿素，加热至45～50℃，搅拌均匀后，冷却得到所述自修复聚酰胺；
（4）制备自修复导电聚酰胺：按照自修复聚酰胺100份、碳纳米管8份、粒径为20～30nm的纳米银粉8份、季戊四醇0.5份、凹凸棒土10份、扩链剂 3份、支化剂0.05份的配方量，向步骤（3）中所得的自修复聚酰胺中加入直径为10～20nm，长度为1～5μm的碳纳米管、纳米银粉、季戊四醇、凹凸棒土、扩链剂和支化剂，搅拌均匀后，经双螺杆挤出机在挤出温度为255℃，真空度为0.08MPa的条件下挤出造粒，得到所述自修复导电聚酰胺。
其中，所述扩链剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物和环氧基苯乙烯-丙烯酸酯低聚物以1:1的比例混合的混合物；所述的支化剂是三羧基苯磺酸和三氨基三苯甲烷以1:1的比例的混合物。
上述方法得到的自修复聚酰胺导电高分子材料，经测试，其室温下的自修复次数为10～15次，拉伸强度为55～60MPa，电导率为115～120S/m。
本发明一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，通过合理的选料配配比和制备工艺的设计，成功地制备出具有自修复性能和导电性能的聚酰胺高分子材料，且机械性能和导电性能良好，自修复次数多，综合性能优异，具有广阔的应用前景。
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，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）碳纳米管的酸化处理：
将碳纳米管加入到一定体积比的浓硝酸和浓硫酸的强氧化性酸溶液中，加热搅拌回流，反应结束后，冷却、洗涤干燥备用；
（2）制备预聚体：将二聚脂肪酸和二乙烯三胺按一定的质量比置于三口烧瓶中，室温搅拌混合后，在惰性气氛下，加热冷凝回流反应，然后加入有机溶剂提纯，搅拌均匀后静置分层，取下层液真空干燥备用；
（3）制备自修复聚酰胺：在超声震荡下，向步骤（2）中所得的预聚体中加入一定量的单质钴，超声震荡均匀后，加入尿素，加热搅拌均匀后，冷却得到所述自修复聚酰胺；
（4）制备自修复导电聚酰胺：向步骤（3）中所得的自修复聚酰胺中加入一定量的步骤（1）中酸化处理的碳纳米管、纳米银粉、季戊四醇、凹凸棒土、扩链剂和支化剂，搅拌均匀后，经双螺杆挤出机挤出造粒，得到所述自修复导电聚酰胺。
2.根据权利要求1所述的自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为0.5:1；所述回流的工艺条件为：温度110～115℃，时间1～2h。
3.根据权利要求1所述的自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述二聚脂肪酸和二乙烯三胺的质量比为3：1；所述回流反应的工艺条件为：氮气气氛，150℃，30h。
4.根据权利要求1所述的自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述有机溶剂为甲醇、二氯甲烷和蒸馏水以1:3:6的体积比混合的混合溶液。
5.根据权利要求1所述的自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述单质钴和尿素的加入质量分别为所述预聚体质量的1倍和2倍。
6.根据权利要求1所述的自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述加热的温度为45～50℃。
7.根据权利要求1所述的自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述自修复聚酰胺、导电填料、季戊四醇、凹凸棒土、扩链剂和支化剂的重量分分别为：自修复聚酰胺100份、碳纳米管5～8份、纳米银粉5～8份、季戊四醇0 .1～0.5份、凹凸棒土5～10份、扩链剂 1～3份、支化剂0.01～0.05份。
8.根据权利要求1所述的自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述螺杆挤出的工艺条件为：温度230～255℃，真空度为0.05～0.08MPa。
9.根据权利要求7所述的自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管的规格为：直径10～20nm，长度1～5μm；所述纳米银粉的粒径为20～30nm。
10.根据权利要求7所述的自修复聚酰胺导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述扩链剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物和环氧基苯乙烯-丙烯酸酯低聚物以1:1的比例混合的混合物；所述的支化剂是三羧基苯磺酸和三氨基三苯甲烷以1:1的比例的混合物。
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