[发明专利]高填充量石墨-聚四氟乙烯填充树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以聚四氟乙烯（PTFE）为基材，石墨为填充料的混合法以及助剂体系，制备石墨含量达到70～95%的混合树脂。属含氟塑料及其制备方法技术领域。

背景技术

以导电石墨作为填料的高填充量聚四氟乙烯树脂主要应用领域在于电化学导电材料，由导电相与绝缘相构成的复合电极具有高的响应电流和高的信噪比，聚四氟乙烯具有高的化学稳定性和憎水及憎油性，作为粘结剂将石墨粉粘结成型可作为理想的构成电化学电容器的复合电极材料。石墨在电极中所占的比例以及石墨粉与聚四氟乙烯树脂的相对分布状态对电极的导电性有直接影响。世界各国（特别是西方发达国家）建立有专门的国家管理机构，制定国家发展计划，由国家投入巨资和人力不遗余力地对石墨高填充量聚四氟乙烯树脂进行研究与开发。

专利号为201110402217.1，名称为《一分散石墨填充聚四氟乙烯树脂的制备方法》的中国专利，解决了在利用原有生产设备条件下，石墨填充准确性和原料分布的均匀性问题，但所述专利石墨填充量最高仅达到70%，不适用于制备石墨填充量达到70%以上的高填充量聚四氟乙烯树脂。其主要问题在于凝聚时固体颗粒极小，且以悬浮状态存在，导致固液分离困难，收集和清洗的难度极大，易造成额外的水体污染和物料流失。

研究发现，更高的（70%以上）石墨填充量聚四氟乙烯树脂才是最适合在超级电容器领域应用。所以石墨填充量70%以上的高填充量-是聚四氟乙烯树脂应用开发的一个重要研究方向。然而目前，尚未见石墨填充量有70%以上的聚四氟乙烯树脂的相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种以填充形式制备石墨－聚四氟乙烯混合树脂的制备方法和助剂配方，在保证填料分布的均匀性前提下，使石墨填充量达到70～95%，并解决产物颗粒小，固液分离难度大的问题。

为达到上述目的，采用的技术方案是，将石墨分散液与分散聚四氟乙烯乳液在助剂的作用下经预成型阶段处理后凝聚，以沉淀过滤形式实现固液分离。

高填充量石墨-聚四氟乙烯填充树脂的制备方法，包括配制石墨分散液和配制聚四氟乙烯分散液，其特征在于：步骤依次为：

⑴配制石墨分散液：以重量百分浓度为0.1%的聚丙烯酸钠溶液为分散剂，搅拌状态下加入石墨粉，使分散液中石墨均匀混合分散，石墨固含量为5～20%；

⑵将步骤⑴石墨分散液与聚四氟乙烯分散液，机械搅拌均匀混合，以石墨与聚四氟乙烯固含量总和为100％计，使混合液中石墨固含量占70％～95％；

⑶混合液中加入重量百分浓度为5%的氢氧化钠溶液，加入量与步骤⑵石墨分散液加入量体积比为1∶50，以机械搅拌5分钟；

⑷混合液中加入重量百分浓度为5%的硫酸溶液，加入量与步骤⑵石墨分散液加入量体积比为1∶100，以机械搅拌方式凝聚2分钟，过滤、洗涤、烘干，得到固体粉末。

其中，步骤⑶中加入氢氧化钠溶液，能使聚四氟乙烯树脂部分析出，作为粘结点引导石墨以此为核心形成球状软颗粒的凝聚形态。这个过程称为预成型阶段，氢氧化钠溶液又称为预成型助剂。

步骤⑷中，硫酸溶液能消解分散剂所引起的液体粘度增大现象，并作为电解质使体系中剩余的石墨和聚四氟乙烯树脂从液相中完全析出，增补预成型球状结构，使软颗粒转化为硬颗粒，这个过程称为凝聚阶段，硫酸溶液又称为凝聚助剂。

本发明的有益效果是：产物易于固液分离，原料损耗少，填充准确性高，填料分布均匀。高填充量的石墨-聚四氟乙烯树脂可用于制备成为能够多次充放电的超级电容器。

具体实施方式

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步说明。

在以下实施例中：

分散剂为重量百分浓度为0.1%的聚丙烯酸钠溶液，使石墨以均匀状态分布于液相中，配制方法为在去离子水中加入固体聚丙烯酸钠，乳化机高速搅拌，至溶液中无结块现象；

预成型助剂为重量百分浓度为5%的聚氢氧化钠溶液；

凝聚助剂为5%的硫酸溶液；

使用的去离子水电导率为0.7μS/m；

具体实施例中，除有特别注明的以外，均为重量百分浓度。

 

实施例1：

一种分散石墨填充聚四氟乙烯树脂的制备方法，其特征在于步骤为：

⑴配制石墨分散液：以重量百分浓度为0.1%的聚丙烯酸钠溶液为分散剂，将石墨粉搅拌状态下加入所述分散剂聚丙烯酸钠溶液中，持续搅拌5min，使石墨均匀分散，使分散液中石墨的固含量为5%。