三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合導(dǎo)電材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合導(dǎo)電材料制備領(lǐng)域，特別涉及一種三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合導(dǎo)電材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高分了材料質(zhì)輕，價(jià)廉，力學(xué)、電氣絕緣性能優(yōu)越，加工方便，使用安全，因此獲得了飛速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。高分子材料因它的優(yōu)良絕緣性便利人們生活的同時，也帶來諸多麻煩、甚至災(zāi)難。近年來，隨著電子器件和大規(guī)模集成電路的迅速發(fā)展，靜電和電磁波的危害表現(xiàn)得更為突出。因此改變高分子材料的絕緣性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003]為使常規(guī)的高分子材料具有抗靜電性，研宄者已經(jīng)使用了金屬、石墨烯、碳納米管、導(dǎo)電高分子或其他導(dǎo)電劑來提高其導(dǎo)電性。其中，導(dǎo)電高分子因其質(zhì)輕成本低廉導(dǎo)電性能優(yōu)異等特點(diǎn)被更多研宄者青睞，現(xiàn)已成為一種最有發(fā)展前景的高分子材料導(dǎo)電劑，并且在學(xué)術(shù)研宄方面已經(jīng)發(fā)展成為高分子電化學(xué)及固體物理的交叉學(xué)科。而在眾多的導(dǎo)電高分子中，聚苯胺(聚苯胺)與其他導(dǎo)電高分子相比，單體原料易得，合成工藝簡單，摻雜現(xiàn)象獨(dú)特，電導(dǎo)率較高，在空氣中具有良好的穩(wěn)定性，被認(rèn)為是最有前途的導(dǎo)電高分子之一。由于聚苯胺分子鏈的共軛結(jié)構(gòu)以及分子鏈間強(qiáng)烈的相互作用力導(dǎo)致該材料難溶難熔進(jìn)而導(dǎo)致其加工困難，解決聚苯胺難溶難熔問題一直是研宄的熱點(diǎn)，該領(lǐng)域已有大量工作。
[0004]聚苯胺作為一種最有應(yīng)用潛力的導(dǎo)電高分子，通過與熱塑性高分子材料復(fù)合不僅解決了高分子制品靜電堆積問題，也解決了聚苯胺加工困難的問題，同時獲得了具有一定機(jī)械性能的導(dǎo)電復(fù)合材料。一些研宄者通過機(jī)械熔融共混方法，將聚苯胺與基體聚合物材料復(fù)合，制備了具有一定導(dǎo)電性、又可采用傳統(tǒng)的高分子材料加工成型方法進(jìn)行加工的復(fù)合材料。但是，由于基體材料是絕緣體，復(fù)合材料的導(dǎo)電只能依靠基體中的聚苯胺粒子相互接觸，形成導(dǎo)電通路來實(shí)現(xiàn)。而機(jī)械共混方法很難使聚苯胺粒子在基體中分散均勻，必須添加大量的聚苯胺，才能獲得電導(dǎo)率較高的復(fù)合材料，這樣不僅成本增加，而且對基體聚合物材料的綜合力學(xué)性能和加工成型性能具有很大的損害作用。
[0005]因此，探索和發(fā)展導(dǎo)電聚苯胺復(fù)合材料的制備方法，在保證具有良好導(dǎo)電功能的前提下，降低導(dǎo)電聚苯胺的加入量(即降低導(dǎo)電逾滲閾值)、獲得具有良好的力學(xué)性能和加工性能，且電性能不受成型加工外場影響或影響極小的復(fù)合材料是近年來的研宄熱點(diǎn)。目前的一個趨勢是使用多相高聚物共混體系來降低導(dǎo)電高聚物中導(dǎo)電劑的含量，高聚物共混物的相分離和導(dǎo)電添加劑選擇性地分散到某一相中，能夠在導(dǎo)電劑用量較低的情況下獲得高電導(dǎo)率的復(fù)合材料，另一方面能夠提供比較好的加工性能，并且有效的減弱了由于填料含量增加而造成的機(jī)械性能下降的影響。高聚物共混物的相分離和控制導(dǎo)電劑在體系中的分布和排列方式是獲得高性能、低成本的導(dǎo)電復(fù)合高分子材料的重要途徑，也是導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的發(fā)展趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想:首先在超聲波作用下使苯胺單體經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入三元乙丙橡膠粉末的內(nèi)部，使三元乙丙橡膠粉末溶脹，在一定反應(yīng)條件下，苯胺單體在三元乙丙橡膠內(nèi)部聚合生成聚苯胺，得到三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉；然后將復(fù)合導(dǎo)電粉與高密度聚乙烯進(jìn)行熔融共混得到三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯三相復(fù)合導(dǎo)電復(fù)合導(dǎo)電材料料，在復(fù)合導(dǎo)電材料中聚苯胺選擇性的分布在三元乙丙橡膠相中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
[0007]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:一種三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合導(dǎo)電材料的制備方法，它的步驟如下:
(O將苯胺單體加入三元乙丙橡膠粉末中攪拌均勻，10-40 °C下在超聲波功率為100-500W、頻率為20-120kHz條件下處理為0.5-2.0小時，苯胺單體的加入質(zhì)量為苯胺單體和三元乙丙橡膠粉末總質(zhì)量的25-50%，得到溶脹后的三元乙丙橡膠粉末；
(2)將步驟(I)中20-100重量份的溶脹后的三元乙丙橡膠粉末浸入到1000重量份的
0.5-1.5mol/L的摻雜酸水溶液中，在溫度為0-20°C的條件下，加入500重量份0.5-1.5mol/L的溶有20-120重量份過硫酸銨的摻雜酸水溶液，反應(yīng)時間為1.0-10.0小時，反應(yīng)結(jié)束后用水清洗材料，干燥后得到三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉；
(3)將步驟(2)得到的三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉和高密度聚乙烯投入到高速混合機(jī)中，在溫度為40-60°C的條件下混合均勻，三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉的加入質(zhì)量為三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉和高密度聚乙烯總質(zhì)量的35-40%，使用雙螺桿擠出機(jī)在155-170°C熔融共混并造粒，得到三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合粒料；
(4)將步驟(3)得到的三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合粒料放入模具中，在模壓溫度155-170°C，壓力10-20MPa的條件下，在平板硫化床中熱壓10-20分鐘，得到三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合導(dǎo)電材料。
[0008]所述步驟(I)中三元乙丙橡膠粉末的粒度為60-200目。
[0009]所述步驟(2)中摻雜酸為十二烷基苯磺酸或者對甲基苯磺酸。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
(I)超聲波的輔助作用會使三元乙丙橡膠粉末在溶脹時產(chǎn)生空化作用，能夠提高苯胺單體的擴(kuò)散速率，使溶脹時間縮短。
[0011](2)苯胺為三元乙丙橡膠的良溶劑，在溶脹過程中可以均勻廣泛分布在三元乙丙橡膠內(nèi)部鏈結(jié)構(gòu)周圍，被引發(fā)聚合時能與內(nèi)部的主鏈形成良好的連接，在三元乙丙橡膠內(nèi)部鏈結(jié)構(gòu)中進(jìn)行原位聚合，同時聚合生成的聚苯胺能在三元乙丙橡膠基體中均勻分散，不易向外滲透，形成穩(wěn)定的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
[0012](3)當(dāng)三元乙丙橡膠/聚苯胺與高密度聚乙烯共混形成復(fù)合材料時，三元乙丙橡膠與高密度聚乙烯為不相容體系，聚苯胺由于與三元乙丙橡膠有較強(qiáng)的相互作用，仍然選擇性的分布在三元乙丙橡膠中，三元乙丙橡膠/聚苯胺在高密度聚乙烯基體中形成連續(xù)導(dǎo)電通道，得到三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯三相復(fù)合導(dǎo)電復(fù)合導(dǎo)電塑料。本發(fā)明方法能夠在聚苯胺含量較低的情況下獲得高電導(dǎo)率的復(fù)合材料，同時提供比較好的加工性能，并且有效的減弱了由于聚苯胺含量增加而造成的復(fù)合材料其它性能下降的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0013]實(shí)施例1
將25克苯胺單體加入75克三元乙丙橡膠粉末中攪拌均勻，30°C下在超聲波功率為100W、頻率為120kHz條件下對其進(jìn)行超聲波輻射處理，處理時間為1.0小時，苯胺單體經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入三元乙丙橡膠粉末內(nèi)部，使其溶脹。
[0014]將溶脹后的三元乙丙橡膠粉末20克浸入到1000克的0.5mol/L的對甲基苯磺酸水溶液中，控制溫度20 °C，將溶有20克過硫酸銨的0.5mol/L的對甲基苯磺酸水溶液500克緩慢加入，反應(yīng)時間為1.0小時，反應(yīng)結(jié)束后用水清洗材料，干燥后得到三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉。
[0015]將35克三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉及65克聚丙烯投入到高速混合機(jī)中，控制混合溫度在40°C，混合均勻，使用雙螺桿擠出機(jī)在170°C熔融共混并造粒，得到三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合粒料。將三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合粒料放入模具中，在平板硫化床中熱壓10分鐘，模壓溫度170°C，壓力lOMPa，得到的板材電導(dǎo)率為l(T7S/cm。
[0016]實(shí)施例2
將25克苯胺單體加入75克三元乙丙橡膠粉末中攪拌均勻，20°C下在超聲波功率為200W、頻率為20kHz條件下對其進(jìn)行超聲波輻射處理，處理時間為0.5小時，苯胺單體經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入三元乙丙橡膠粉末內(nèi)部，使其溶脹。
[0017]將溶脹后的三元乙丙橡膠粉末30克浸入到1000克的1.0moI/L的對甲基苯磺酸水溶液中，控制溫度0°c，將溶有60克過硫酸銨的1.0moI/L的對甲基苯磺酸水溶液500克緩慢加入，反應(yīng)時間為10.0小時，反應(yīng)結(jié)束后用水清洗材料，干燥后得到三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉。
[0018]將40克三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉及40克高密度聚乙烯投入到高速混合機(jī)中，控制混合溫度在60°C，混合均勻，使用雙螺桿擠出機(jī)在160°C熔融共混并造粒，得到三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合粒料。將三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合粒料放入模具中，在平板硫化床中熱壓15分鐘，模壓溫度170°C，壓力15MPa，得到的板材電導(dǎo)率為10_4S/cm。
[0019]實(shí)施例3
將40克苯胺單體加入60克三元乙丙橡膠粉末中攪拌均勻，15°C下在超聲波功率為3000W、頻率為59kHz條件下對其進(jìn)行超聲波輻射處理，處理時間為1.5小時，苯胺單體經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入三元乙丙橡膠粉末內(nèi)部，使其溶脹。
[0020]將溶脹后的三元乙丙橡膠粉末60克浸入到1000克的1.0moI/L的對十二烷基苯磺酸水溶液中，控制溫度10°c，將溶有120克過硫酸銨的0.5mol/L的對甲基苯磺酸水溶液500克緩慢加入，反應(yīng)時間為2.0小時，反應(yīng)結(jié)束后用水清洗材料，干燥后得到三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉。
[0021]將50克三元乙丙橡膠/聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電粉及50克高密度聚乙烯投入到高速混合機(jī)中，控制混合溫度在50°C，混合均勻，使用雙螺桿擠出機(jī)在165°C熔融共混并造粒，得到三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合粒料。將三元乙丙橡膠/聚苯胺/高密度聚乙烯復(fù)合粒料放入模具中，在平板硫化床中熱壓15分鐘，模壓溫度170°C，壓力lOMPa，得到的板材電導(dǎo)率為10_2S/cm。
[0022]實(shí)施例4
將50克苯胺單體加入50克的三元乙丙橡膠粉末中攪拌均勻，10°C下在超聲波功率為500W、頻率為120kHz條件下對其進(jìn)行超聲波輻射處理，處理時間為0.5小時，苯胺單體經(jīng)擴(kuò)散進(jìn)入三元乙丙橡膠粉末內(nèi)部，使其溶脹。
[0023]將溶脹后