CN111875875A - 一种具有ptc效应的微胶囊复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，由以下重量份组分组成：导电填料1‑10份，多糖0.5‑10份，分散剂1‑5份，共聚物10‑30份，乙烯‑醋酸乙烯共聚物100份，二甲苯250‑350份，引发剂0.01‑0.03份。制备方法包括：第一阶段，通过表面改性的方式形成导电填料接枝共聚物；第二阶段，通过热处理的方式形成三元体系包覆的微胶囊复合材料。本发明在导电填料中接枝低熔点的共聚物，不仅使其与乙烯‑醋酸乙烯共聚物相容性更好，同时提高了复合材料的PTC强度、降低了复合材料的转变温度，为低温区域的应用提供了参考，制备了低转变温度、高强度的PTC复合材料。

Description

一种具有PTC效应的微胶囊复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及PTC材料技术领域，具体为一种具有PTC效应的微胶囊复合材料及其制备方法。
背景技术
PTC材料主要分为陶瓷基PTC材料和聚合物基PTC材料两种类型，陶瓷基PTC材料由于性脆，加工、成型困难，成本高等一些缺陷，限制了其应用。而聚合物基PTC材料由于易加工成型、成本低、转变温度较低的优点，迅速成为PTC材料开发研制的热点，目前已广泛应用于化工、石油管道阀门、自限温加热电缆、过电流保护元件、汽车、计算机和医疗器械等诸多领域。
目前研究和应用最为热门的聚合物基PTC材料是聚乙烯类复合材料，例如：《高分子材料与工程》第26卷第7期“溶液法高密度聚乙烯/石墨PTC导电复合材料的制备及导电行为”中，孙守封等通过溶液法制备聚乙烯/石墨PTC导电复合材料，其PTC转变温度在110℃以上。专利CN110791005A公开了一种含有聚乙烯、炭黑和石墨烯的PTC复合材料的制备方法，其PTC转变温度为125℃左右。
但是，在当前的研究中，聚合物基PTC转变温度多在100～130℃之间，对于100℃以下的较低温度段的研发相对少见，很难满足不同的市场需求。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种具有PTC效应的微胶囊复合材料及其制备方法，以解决背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，由以下重量份组分组成：导电填料1-10份，多糖0.5-10份，分散剂1-5份，共聚物10-30份，乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，二甲苯250-350份，引发剂0.01-0.03份。
优选地，所述导电填料为经过喷碳处理的金属氧化物在惰性气体中于300-500℃煅烧0.5-2h形成，所述金属氧化物为二氧化钒、氧化钇、二氧化钌中的一种或几种。
优选地，所述共聚物为聚己内酯、马来酸酐中的一种或两种。
优选地，所述多糖为淀粉、肝糖、菊粉、纤维素、糖原、甲壳素中的一种或几种。
优选地，所述的分散剂为聚乙二醇、十六烷基硫酸钠、聚吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇中的一种或者几种。
优选地，所述引发剂为辛酸亚锡或高氯酸中的一种。
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将导电填料预氧化后加入到三口烧瓶中，加入共聚物，再依次加入二甲苯和引发剂，置于油浴恒温槽中，搅拌，通入氮气，升温，搅拌24h，待反应体系降至室温，取出悬浮液，经过滤、离心实现固液分离，分离后的固体经干燥处理，得到导电填料接枝共聚物；
2)将多糖、乙烯-醋酸乙烯共聚物、分散剂与步骤1)制得的导电填料接枝共聚物按比例分散于水溶液中，置于砂磨机中研磨，使其细度达到5μm以下，移至高压反应釜中进行热处理，热处理后经过喷雾干燥得到具有PTC效应的微胶囊复合材料。
优选地，所述引发剂为辛酸亚锡或高氯酸中的一种。
优选地，步骤1)中，干燥处理采用气流干燥法、加热干燥法、微波干燥法、低温干燥法中的一种或几种。
优选地，步骤2)中，热处理温度为80℃，时间为2h。
本发明的有益效果在于：
1、本发明以导电填料接枝共聚物为核心，表面包覆乙烯-醋酸乙烯共聚物为壳层，制备了具有低转变温度的PTC效应的微胶囊复合材料，为低温区域的应用提供了参考。
2、本发明在导电填料中接枝低熔点的共聚物，不仅使其与乙烯-醋酸乙烯共聚物相容性更好，同时提高了复合材料的PTC强度，现有同类产品的PTC强度一般在2.5-4之间，而本发明PTC强度在5-8之间，制备了高强度的具有PTC效应的微胶囊复合材料。
3、本发明以导电填料/共聚物/乙烯-醋酸乙烯共聚物为三元体系制备出低转变温度的PTC复合材料，第一阶段，通过表面改性的方式形成导电填料接枝共聚物；第二阶段，通过热处理的方式形成三元体系包覆的微胶囊复合材料，实现了复合材料的PTC效应。
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是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的附图。
图1为本发明实施例1阻温曲线；
图2为本发明实施例2阻温曲线；
图3为本发明实施例3阻温曲线；
图4为本发明实施例4阻温曲线；
图5为本发明实施例5阻温曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，由以下重量份组分组成：
导电填料：1份，导电填料为经过喷碳处理的二氧化钒在惰性气体中于300-500℃煅烧0.5-2h形成；
多糖为淀粉，0.5份；
分散剂为聚乙二醇，1份；
共聚物为聚己内酯，10份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物，100份；
二甲苯：250份；
引发剂为辛酸亚锡，0.01份。
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将导电填料预氧化后加入到三口烧瓶中，加入聚己内酯，再依次加入二甲苯和辛酸亚锡，置于油浴恒温槽中，搅拌，通入氮气，升温至110℃，搅拌24h，待反应体系降至室温，取出悬浮液，经过滤、离心实现固液分离，分离后的固体经气流干燥法干燥处理，得到导电填料接枝聚己内酯；
2)将淀粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙二醇与步骤1)制得的导电填料接枝聚己内酯按比例分散于水溶液中，置于砂磨机中研磨，使其细度达到5μm以下，移至高压反应釜中进行热处理，热处理温度为80℃，时间为2h，热处理后经过喷雾干燥，得到具有PTC效应的微胶囊复合材料。
实施例2：
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，由以下重量份组分组成：
导电填料：10份，导电填料为经过喷碳处理的氧化钇在惰性气体中于300-500℃煅烧0.5-2h形成；
多糖为肝糖，10份；
分散剂为十六烷基硫酸钠和聚乙二醇的混合物，其中十六烷基硫酸钠3份，聚乙二醇2份；
共聚物为马来酸酐，30份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物，100份；
二甲苯：350份；
引发剂为高氯酸，0.03份。
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将导电填料预氧化后加入到三口烧瓶中，加入马来酸酐，再依次加入二甲苯和高氯酸，置于油浴恒温槽中，搅拌，通入氮气，升温至60℃，搅拌24h，待反应体系降至室温，取出悬浮液，经过滤、离心实现固液分离，分离后的固体经加热干燥法干燥处理，得到导电填料接枝马来酸酐；
2)将肝糖、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十六烷基硫酸钠、聚乙二醇与步骤1)制得的导电填料接枝马来酸酐按比例分散于水溶液中，置于砂磨机中研磨，使其细度达到5μm以下，移至高压反应釜中进行热处理，热处理温度为80℃，时间为2h，热处理后经过喷雾干燥，得到具有PTC效应的微胶囊复合材料。
实施例3：
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，由以下重量份组分组成：
导电填料：5份，导电填料为经过喷碳处理的二氧化钌在惰性气体中于300-500℃煅烧0.5-2h形成；
多糖为菊粉，5份；
分散剂为聚吡咯烷酮，2.5份；
共聚物为聚己内酯，20份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物，100份；
二甲苯：300份；
引发剂为辛酸亚锡，0.02份。
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将导电填料预氧化后加入到三口烧瓶中，加入聚己内酯，再依次加入二甲苯和辛酸亚锡，置于油浴恒温槽中，搅拌，通入氮气，升温至110℃，搅拌24h，待反应体系降至室温，取出悬浮液，经过滤、离心实现固液分离，分离后的固体经气流干燥法干燥处理，得到导电填料接枝聚己内酯；
2)将菊粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚吡咯烷酮与步骤1)制得的导电填料接枝聚己内酯按比例分散于水溶液中，置于砂磨机中研磨，使其细度达到5μm以下，移至高压反应釜中进行热处理，热处理温度为80℃，时间为2h，热处理后经过喷雾干燥得到具有PTC效应的微胶囊复合材料。
实施例4：
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，由以下重量份组分组成：
导电填料为经过喷碳处理的二氧化钒和二氧化钌在惰性气体中于300-500℃煅烧0.5-2h形成，其中二氧化钒1.5份，二氧化钌1份；
多糖为纤维素和糖原的混合物，其中纤维素2份，糖原1份；
分散剂为十二烷基硫酸钠，2份；
共聚物为聚己内酯，15份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物，100份；
二甲苯：275份；
引发剂为辛酸亚锡，0.015份。
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将导电填料预氧化后加入到三口烧瓶中，加入聚己内酯，再依次加入二甲苯和辛酸亚锡，置于油浴恒温槽中，搅拌，通入氮气，升温至110℃，搅拌24h，待反应体系降至室温，取出悬浮液，经过滤、离心实现固液分离，分离后的固体经微波干燥法干燥处理，得到导电填料接枝聚己内酯；
2)将纤维素和糖原、乙烯-醋酸乙烯共聚物、十二烷基硫酸钠与步骤1)制得的导电填料接枝聚己内酯按比例分散于水溶液中，置于砂磨机中研磨，使其细度达到5μm以下，移至高压反应釜中进行热处理，热处理温度为80℃，时间为2h，热处理后经过喷雾干燥得到具有PTC效应的微胶囊复合材料。
实施例5：
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，由以下重量份组分组成：
导电填料为经过喷碳处理的二氧化钒、氧化钇和二氧化钌在惰性气体中于300-500℃煅烧0.5-2h形成，其中二氧化钒2.5份，氧化钇2.5份，二氧化钌2.5份；
多糖为甲壳素和菊粉的混合物，其中甲壳素4份，菊粉4份；
分散剂为聚乙烯醇，4份；
共聚物为马来酸酐，25份；
乙烯-醋酸乙烯共聚物，100份；
二甲苯：325份；
引发剂为高氯酸，0.025份。
一种具有PTC效应的微胶囊复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将导电填料预氧化后加入到三口烧瓶中，加入马来酸酐，再依次加入二甲苯和高氯酸，置于油浴恒温槽中，搅拌，通入氮气，升温至60℃，搅拌24h，待反应体系降至室温，取出悬浮液，经过滤、离心实现固液分离，分离后的固体经低温干燥法干燥处理，得到导电填料接枝马来酸酐；
2)将甲壳素、菊粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇与步骤1)制得的导电填料接枝马来酸酐按比例分散于水溶液中，置于砂磨机中研磨，使其细度达到5μm以下，移至高压反应釜中进行热处理，热处理温度为80℃，时间为2h，热处理后经过喷雾干燥，得到具有PTC效应的微胶囊复合材料。
实验例：
样品A为实施例1制备得到的产品，样品B为实施例2制备得到的产品，样品C为实施例3制备得到的产品，样品D为实施例4制备得到的产品，样品E为实施例5制备得到的产品。
实验方法：
1、将样品用平板硫化仪成型压片，保压5min，然后冷却至室温，放置24h，得到厚度为2mm、长宽为17×17mm的样片，待用。
2、将试样两面粘上铜条，再接上铜导线，放入电热干燥箱内，导线从箱中引出与电阻测定仪器连接。采用数字万用表(≤2×107Ω)或高阻计(≥2×107Ω)与数字式热电偶温度计(TM-902C)连用，升温速度控制在2-3℃/min，温度区间为20℃-90℃，同时记录温度和电阻值,将电阻转化为体积电阻率：
体积电阻率(ρ)＝电阻(R)*面积(S)/长度(L)。
实验结果：
1、转变温度：
根据记录的温度和体积电阻率，对样品A至样品E分别绘制阻温曲线，如图1-5所示，通过阻温曲线可以清晰看出温度在66-70℃之间时，各试验样品体积电阻率开始出现峰值，随后趋于平缓状态，也就是转变温度在66-70℃之间，实现了低转变温度。
2、PTC强度：
通过测定值计算PTC强度，PTC强度＝Log(峰值电阻率/室温电阻率)。
PTC强度结果见表1，样品A、样品C和样品E的PTC强度均大于7，样品B和样品D的PTC强度均大于5。而现有同类产品的PTC强度一般在2.5-4之间，本发明实施例制备的产品PTC强度得到明显提升。
表1 PTC强度
样品 PTC强度
样品A 7.18
样品B 5.03
样品C 7.94
样品D 5.29
样品E 7.02
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，其特征在于，由以下重量份组分组成：导电填料1-10份，多糖0.5-10份，分散剂1-5份，共聚物10-30份，乙烯-醋酸乙烯共聚物100份，二甲苯250-350份，引发剂0.01-0.03份。
2.如权利要求1所述的一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，其特征在于，所述导电填料为经过喷碳处理的金属氧化物在惰性气体中于300-500℃煅烧0.5-2h形成，所述金属氧化物为二氧化钒、氧化钇、二氧化钌中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，其特征在于，所述共聚物为聚己内酯、马来酸酐中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，其特征在于，所述多糖为淀粉、肝糖、菊粉、纤维素、糖原、甲壳素中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，其特征在于，所述的分散剂为聚乙二醇、十六烷基硫酸钠、聚吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇中的一种或者几种。
6.如权利要求1所述的一种具有PTC效应的微胶囊复合材料，其特征在于，所述引发剂为辛酸亚锡或高氯酸中的一种。
7.如权利要求1至6任意一项所述的一种具有PTC效应的微胶囊复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将导电填料预氧化后加入到三口烧瓶中，加入共聚物，再依次加入二甲苯和引发剂，置于油浴恒温槽中，搅拌，通入氮气，升温，搅拌24h，待反应体系降至室温，取出悬浮液，经过滤、离心实现固液分离，分离后的固体经干燥处理，得到导电填料接枝共聚物；
2)将多糖、乙烯-醋酸乙烯共聚物、分散剂与步骤1)制得的导电填料接枝共聚物按比例分散于水溶液中，置于砂磨机中研磨，使其细度达到5μm以下，移至高压反应釜中进行热处理，热处理后经过喷雾干燥得到具有PTC效应的微胶囊复合材料。
8.如权利要求7所述的一种具有PTC效应的微胶囊复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中，干燥处理采用气流干燥法、加热干燥法、微波干燥法、低温干燥法中的一种或几种。
9.如权利要求7所述的一种具有PTC效应的微胶囊复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中，热处理温度为80℃，时间为2h。
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