[发明专利]聚合物导电纳米复合材料的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种聚合物导电复合材料的制备方法，特别是涉及聚合物导电纳米复合材料的一种制备方法。

二、背景技术

将石墨分散在聚合物基体中，可制备得到聚合物导电复合材料。如果石墨在聚合物基体中以纳米石墨微片形式分散，则得到聚合物导电纳米复合材料，其导电逾渗阀值低，即在石墨体积分数低的情况下在聚合物导电纳米复合材料中便可形成立体的导电网络，表现出优异的导电性能。

制备聚合物导电纳米复合材料的方法目前主要有原位聚合法、溶液插层法和熔体插层法。基本工艺流程为：首先将可膨胀石墨置于高温下而使其膨化制成比容积很大(比如200mL/g左右)的膨胀石墨；最后将膨胀石墨与聚合物进行复合，以制备得到聚合物导电纳米复合材料。

由于膨胀石墨的比容积很大，并且即使轻微的受力也会使蓬松的膨胀石墨塌陷，因此先将可膨胀石墨制成比容积很大的膨胀石墨、然后再将膨胀石墨与聚合物进行复合制备聚合物导电纳米复合材料的现有技术，其膨胀生产操作和后续复合生产操作都很困难，生产效率低，以致于制备聚合物导电纳米复合材料的现有技术目前难以大规模工业化生产应用。

三、发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简便、制造成本低、容易工业化生产应用的聚合物导电纳米复合材料制备方法。

实现本发明目的的技术方案为：一种聚合物导电纳米复合材料的制备方法，将可膨胀石墨与聚合物在可膨胀石墨可膨化的温度下进行熔融混合或将可膨胀石墨与聚合物溶液在可膨胀石墨可膨化的温度下进行溶液混合，直接制得聚合物导电纳米复合材料；或者将可膨胀石墨与聚合物在可膨胀石墨可膨化的温度下进行熔融混合或将可膨胀石墨与聚合物溶液在可膨胀石墨可膨化的温度下进行溶液混合，先制得石墨质量分数高的聚合物导电纳米复合母料，然后再将聚合物导电纳米复合母料与余下聚合物复合制得聚合物导电纳米复合材料。

本发明制备聚合物导电纳米复合材料的该方法中，采用的可膨胀石墨是在250℃左右可有效膨化的低温可膨胀石墨，即其在250℃膨化温度时常压膨胀容积≥100mL/g。制备聚合物导电纳米复合材料或者聚合物导电纳米复合母料的整个混合过程或部分混合阶段是在可膨胀石墨常压膨胀容积≥100mL/g的温度下进行。与可膨胀石墨进行熔融混合的聚合物可以是聚烯烃、苯乙烯系聚合物、聚酯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜和聚醚酮等中的一种或一种以上。与可膨胀石墨进行溶液混合的聚合物可以是聚烯烃、苯乙烯系聚合物或聚碳酸酯。本发明方法制备的聚合物导电纳米复合材料中石墨质量分数可以为4％～18％。

另一种制备聚合物导电纳米复合材料的方法，依次包括如下步骤：

第一步，将可膨胀石墨与低分子有机助剂或者与低分子有机助剂溶液在可膨胀石墨可膨化的温度下进行混合，制得纳米石墨-低分子有机助剂复合体；

第二步，将聚合物与纳米石墨-低分子有机助剂复合体复合，制得聚合物导电纳米复合材料。

本发明聚合物导电纳米复合材料的该制备方法中，低分子有机助剂可以是增塑剂或者低分子量聚合物。其中，可膨胀石墨是在250℃左右可有效膨化的低温可膨胀石墨，即其在250℃膨化温度时常压膨胀容积≥100mL/g。制备纳米石墨-低分子有机助剂复合体的整个混合过程或部分混合阶段是在可膨胀石墨常压膨胀容积≥100mL/g的温度下进行。聚合物可以是聚烯烃、聚氯乙烯、苯乙烯系聚合物、纤维素衍生物、聚酰胺、聚酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜、聚醚酮、纤维素衍生物、环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯、天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、聚异戊二烯橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶和丁腈橡胶等中的一种或一种以上。制备的聚合物导电纳米复合材料中石墨质量分数可以为4％～18％。

与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)本发明方法不将可膨胀石墨预先膨化制成膨胀石墨，而是直接将可膨胀石墨混入聚合物或低分子有机助剂，在存在混合作用的情况下让可膨胀石墨膨化，使可膨胀石墨在膨化生成纳米石墨微片的同时，借助混合作用以致大量呈纳米石墨微片形式与聚合物或低分子有机助剂复合为一体，因此聚合物导电纳米复合材料的该制备方法避免了可膨胀石墨先膨化成膨胀石墨时石墨体积很大，膨胀生产操作和后续复合生产操作都很难的缺点；(2)本发明制备方法制得的聚合物导电纳米复合材料的导电逾渗阀值较低，导电性能较好；(3)本发明制备方法简单，成本低，易于生产应用。

四、具体实施方式