CN112927836A - 一种海绵复合导电弹性材料及其制备方法和在防静电领域的应用 - Google Patents

一种海绵复合导电弹性材料及其制备方法和在防静电领域的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种海绵复合导电弹性材料及其制备方法和在防静电领域的应用，涉及防静电材料技术领域。本发明提供的海绵复合导电弹性材料包括聚氨酯海绵和附着在所述聚氨酯海绵上的石墨烯和聚苯胺纳米线。在本发明中，海绵表面附着的聚苯胺纳米线和石墨烯具有导电性，可以将产生的静电荷导走，避免了静电的累积，其中聚苯胺纳米线使弹性导电材料表面实现纳米结构化，与未纳米化结构化的聚苯胺表面相比，增加了材料表面的接触面积，能够将更多的静电荷导走。本发明提供的海绵复合导电弹性材料导电率大于0.1mS/cm，而导电性越强越容易将静电荷导走，因此，本发明提供的海绵复合导电弹性材料具有优异的防静电性能，可在防静电领域广泛应用。

Description

一种海绵复合导电弹性材料及其制备方法和在防静电领域的 应用
技术领域
本发明涉及防静电材料技术领域，特别涉及一种海绵复合导电弹性防静电材料及其制备方法和在防静电领域的应用。
背景技术
随着经济的发展，设备表面防静电功能已成为重点关注问题。材料表面摩擦过程中产生的静电会产生较大的危害，如油气加工运输、粉料加工、电子器件表面接触等领域产生的静电可能会对生产生活产生破坏作用。研究高效防静电材料，实现设备表面高效防静电，具有重要意义。
近年来，弹性导电复合材料因具有良好的电学稳定性和力学性能，得到了越来越广泛的关注，其中研究较多的是聚苯胺弹性导电材料，即将聚苯胺作为一种导电材料附着在海绵表面形成导电层，但是这种聚苯胺弹性导电材料的导电率通常低于0.1mS/cm，而导电率低其防静电性能差，因而限制了这类材料在防静电领域的应用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种海绵复合导电弹性材料及其制备方法和在防静电领域的应用。本发明提供的海绵复合导电弹性材料防静电性能优异，可广泛用于防静电领域。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种海绵复合导电弹性材料，包括聚氨酯海绵和附着在所述聚氨酯海绵上的石墨烯和聚苯胺纳米线。
本发明提供了以上技术方案所述海绵复合导电弹性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水、高氯酸、过硫酸铵、苯胺和石墨烯混合，得到混合液；
(2)将聚氨酯海绵浸入所述混合液中进行稀溶液聚合反应，得到海绵复合导电弹性前驱体材料；
(3)将所述海绵复合导电弹性前驱体材料在无机酸中进行浸泡，得到所述海绵复合导电弹性材料。
优选地，所述步骤(1)中水、高氯酸、过硫酸铵、苯胺和石墨烯的质量比为(80～98)：(1～10)：(0.1～0.3)：(0.01～0.2)：(0.01～0.2)。
优选地，所述步骤(1)中混合的温度为0～5℃。
优选地，所述步骤(2)中稀溶液聚合反应的温度为0～5℃，时间为4～48h。
优选地，所述步骤(2)中的稀溶液聚合反应在搅拌的条件下进行。
优选地，所述步骤(3)中的无机酸为稀盐酸，所述稀盐酸的质量浓度为0.5～5％。
优选地，所述步骤(3)中浸泡的温度为10～30℃，时间为1～10min。
优选地，所述步骤(3)中浸泡后，还包括将所得浸泡后的材料进行干燥；所述干燥的温度为60～80℃。
本发明提供了以上技术方案所述海绵复合导电弹性材料或以上技术方案所述制备方法制备得到的海绵复合导电弹性材料在防静电领域的应用。
本发明提供了一种海绵复合导电弹性材料，包括聚氨酯海绵和附着在所述聚氨酯海绵上的石墨烯和聚苯胺纳米线。在本发明中，海绵表面附着的聚苯胺纳米线和石墨烯具有导电性，可以将产生的静电荷导走，避免了静电的累积，其中聚苯胺纳米线使弹性导电材料表面实现纳米结构化，与未纳米结构化的聚苯胺表面相比，增加了材料表面的接触面积，能够将更多的静电荷导走。因石墨烯和聚苯胺纳米线的共同作用，本发明提供的海绵复合导电弹性材料导电率大于0.1mS/cm，而导电性越强越容易将静电荷导走，因此，本发明提供的海绵复合导电弹性材料具有优异的防静电性能，可在防静电领域广泛应用。
实施例结果表明，本发明提供的海绵复合导电弹性材料的导电率为0.12～0.35mS/cm，防静电性能优异。
本发明提供了所述海绵复合导电弹性材料的制备方法，过程简单，易于操作，有利于规模化生产。
具体实施方式
本发明提供了一种海绵复合导电弹性材料，包括聚氨酯海绵和附着在所述聚氨酯海绵上的石墨烯和聚苯胺纳米线。
在本发明中，海绵表面附着的聚苯胺纳米线和石墨烯具有导电性，可以将产生的静电荷导走，避免了静电的累积，其中聚苯胺纳米线使弹性导电材料表面实现纳米结构化，与未纳米结构化的聚苯胺表面相比，增加了材料表面的接触面积，能够将更多的静电荷导走。本发明提供的海绵复合导电弹性材料具有优异的防静电性能。
本发明提供了以上技术方案所述海绵复合导电弹性材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水、高氯酸、过硫酸铵、苯胺和石墨烯混合，得到混合液；
(2)将聚氨酯海绵浸入所述混合液中进行稀溶液聚合反应，得到海绵复合导电弹性前驱体材料；
(3)将所述海绵复合导电弹性前驱体材料在无机酸中进行浸泡，得到所述海绵复合导电弹性材料。
本发明将水、高氯酸、过硫酸铵、苯胺和石墨烯混合，得到混合液。在本发明中，所述石墨烯优选为单层石墨烯；本发明对所述石墨烯的来源没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知来源的石墨烯即可。在本发明中，所述水、高氯酸、过硫酸铵、苯胺和石墨烯的质量比优选为(80～98)：(1～10)：(0.1～0.3)：(0.01～0.2)：(0.01～0.2)，更优选为(90～95)：(5～8):(0.2～0.3)：(0.05～0.1):(0.05～0.1)。在本发明中，所述混合的温度优选为0～5℃，更优选为0～3℃；本发明对所述混合的方法没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的方法保证各组分混合均匀即可，具体地如搅拌混合。
得到混合液后，本发明将聚氨酯海绵浸入所述混合液中进行稀溶液聚合反应，得到海绵复合导电弹性前驱体材料。在本发明中，所述稀溶液聚合反应的温度优选为0～5℃，更优选为0～3℃；所述稀溶液聚合反应的时间优选为4～48h，更优选为6～24h。在本发明中，所述稀溶液聚合反应优选在搅拌的条件下进行；所述搅拌的速度优选为50～300转/分钟。所述稀溶液聚合反应的过程中，在高氯酸和过硫酸铵存在的条件下苯胺单体发生化学聚合，在聚氨酯海绵表面生成垂直于聚氨酯海绵表面的纳米线，即聚苯胺纳米线，石墨烯物理吸附在聚氨酯海绵表面。
得到海绵复合导电弹性前驱体材料后，本发明将所述海绵复合导电弹性前驱体材料在无机酸中进行浸泡，得到所述海绵复合导电弹性材料。在本发明中，所述无机酸优选为稀盐酸，所述稀盐酸的质量浓度优选为0.5～5％，更优选为3～5％；所述浸泡的温度优选为10～30℃，在本发明实施例中，所述浸泡优选在室温条件下进行；所述浸泡的时间优选为1～10min，更优选为4～8min。在所述浸泡的过程中，无机酸吸附在聚苯胺纳米线表面，形成无机酸掺杂的聚苯胺纳米线，能够增加聚苯胺纳米线的导电性。在本发明中，所述浸泡后，还优选将所得浸泡后的材料进行干燥；所述干燥的温度优选为60～80℃，更优选为70℃，本发明对所述干燥的时间没有特别的要求，将浸泡后的材料中的水分充分去除即可。干燥后，得到所述海绵复合导电弹性材料。
本发明提供的制备方法过程简单，易于操作，有利于规模化生产。
本发明提供了以上技术方案所述海绵复合导电弹性材料或以上技术方案所述制备方法制备得到的海绵复合导电弹性材料在防静电领域的应用。本发明提供的海绵复合导电弹性材料电率大于0.1mS/cm，导电性越强越容易将静电荷导走，具有优异的防静电性能，因而可在防静电领域广泛应用。本发明对所述应用的具体方法没有特别的要求，采用本领域技术人员熟知的防静电材料应用方法即可。
下面结合实施例对本发明提供的海绵复合导电弹性材料及其制备方法和在防静电领域的应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
将水95g、高氯酸5g、过硫酸铵0.2g、苯胺0.1g和石墨烯0.05g，在0℃条件下混合均匀，得到混合液；
将聚氨酯海绵浸入上述混合液(0℃)中，搅拌，进行稀溶液聚合反应6h；反应完毕，将所得海绵材料在稀盐酸中(质量浓度3％)室温浸泡5min后，干燥(70℃)除去水分，得到表面有石墨烯和聚苯胺纳米线的海绵复合导电弹性材料。
得到的海绵复合导电弹性材料的导电率为0.12mS/cm。
实施例2
将水95g、高氯酸5g、过硫酸铵0.2g、苯胺0.1g和石墨烯0.08g，在0℃条件下混合均匀，得到混合液；
将聚氨酯海绵浸入上述混合液(0℃)中，搅拌，进行稀溶液聚合反应12h；反应完毕，将所得海绵材料在稀盐酸中(质量浓度3％)室温浸泡5min后，干燥(70℃)除去水分，得到表面有石墨烯和聚苯胺纳米线的海绵复合导电弹性材料。
得到的海绵复合导电弹性材料导电率为0.15mS/cm。
实施例3
将水95g、高氯酸5g、过硫酸铵0.2g、苯胺0.1g和石墨烯0.1g，在0℃条件下混合均匀，得到混合液；
将聚氨酯海绵浸入上述混合液(0℃)中，搅拌，进行稀溶液聚合反应12h；反应完毕，将所得海绵材料在稀盐酸中(质量浓度3％)室温浸泡5min后，干燥(70℃)除去水分，得到表面有石墨烯和聚苯胺纳米线的海绵复合导电弹性材料。
得到的海绵复合导电弹性材料的导电率为0.28mS/cm。
实施例4
将水95g、高氯酸5g、过硫酸铵0.2g、苯胺0.1g和石墨烯0.05g，在0℃条件下混合均匀，得到混合液；
将聚氨酯海绵浸入上述混合液(0℃)中，搅拌，进行稀溶液聚合反应24h；反应完毕，将所得海绵材料在稀盐酸中(质量浓度5％)室温浸泡5min后，干燥(70℃)除去水分，得到表面有石墨烯和聚苯胺纳米线的海绵复合导电弹性材料。
得到的海绵复合导电弹性材料的导电率为0.29mS/cm。
实施例5
将水95g、高氯酸5g、过硫酸铵0.2g、苯胺0.1g和石墨烯0.05g，在0℃条件下混合均匀，得到混合液；
将聚氨酯海绵浸入上述混合液(0℃)中，搅拌，进行稀溶液聚合反应48h；反应完毕，将所得海绵材料在稀盐酸中(质量浓度5％)室温浸泡10min后，干燥(70℃)除去水分，得到表面有石墨烯和聚苯胺纳米线的海绵复合导电弹性材料。
得到的海绵复合导电弹性材料的导电率为0.35mS/cm。
由以上实施例可以看出，本发明提供的海绵复合导电弹性材料的导电率为0.12～0.35mS/cm，而导电性越强越容易将静电荷导走，因此，本发明提供的海绵复合导电弹性材料具有优异的防静电性能，可在防静电领域广泛应用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种海绵复合导电弹性材料，其特征在于，包括聚氨酯海绵和附着在所述聚氨酯海绵上的石墨烯和聚苯胺纳米线。
2.权利要求1所述海绵复合导电弹性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水、高氯酸、过硫酸铵、苯胺和石墨烯混合，得到混合液；
(2)将聚氨酯海绵浸入所述混合液中进行稀溶液聚合反应，得到海绵复合导电弹性前驱体材料；
(3)将所述海绵复合导电弹性前驱体材料在无机酸中进行浸泡，得到所述海绵复合导电弹性材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中水、高氯酸、过硫酸铵、苯胺和石墨烯的质量比为(80～98)：(1～10)：(0.1～0.3)：(0.01～0.2)：(0.01～0.2)。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中混合的温度为0～5℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中稀溶液聚合反应的温度为0～5℃，时间为4～48h。
6.根据权利要求2或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中的稀溶液聚合反应在搅拌的条件下进行。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中的无机酸为稀盐酸，所述稀盐酸的质量浓度为0.5～5％。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中浸泡的温度为10～30℃，时间为1～10min。
9.根据权利要求2或8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中浸泡后，还包括将所得浸泡后的材料进行干燥；所述干燥的温度为60～80℃。
10.权利要求1所述海绵复合导电弹性材料或权利要求2～9任意一项所述制备方法制备得到的海绵复合导电弹性材料在防静电领域的应用。
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