[发明专利]低逾渗阈值高热稳定性石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯复合材料的制备方法,具体涉及一种低逾渗阈值高热稳定性石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

填充型导电高分子复合材料(Conductive Polymer Composites,CPC)是将导电填料（碳系、金属系、金属氧化物三大类）与绝缘聚合物基体，经过分散复合、层积复合以及形成表面导电膜等方式处理后形成的多相复合导电体系。由于其兼具填料的导电性和聚合物基体的易加工性，成本低廉且电阻率（ρ）、力学、热学性能可以在较宽范围内调节，在全球导电高分子材料市场中占有重要地位，在能源、光电子器件、电磁屏蔽、抗静电材料、化学传感材料等领域得到广泛应用。

然而，目前存在两大缺陷制约CPC材料工业化应用及推广：（1）要获得低室温电阻率填料含量较高，以最常见碳系填料为例，炭黑(CB)等普通填料填充的导电复合材料逾渗阈值约为15～25vol%，而碳纳米管(CNTs)和气相生长碳纤维(VGCF)等高导电填料由于其高比表面积，在聚合物中易团聚分散困难，无法显著降低，增加填料含量可降低电阻率，但往往会破坏材料加工和力学性能，导致应用受限；（2）CPC材料对时间、温度存在强烈依赖，长时间通电或反复多次使用后由于热稳定性不理想，其电性能将不可逆性衰弱。目前，低逾渗阈值、高热稳定性CPC材料的研究和制备是重要研究方向。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供了一种同时具有低逾渗阈值和高热稳定性三元导电高分子复合材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现，一种低逾渗阈值、高热稳定性三元石墨烯基导电高分子复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤（1），氧化石墨烯（GO）接枝偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）改性

称取100～500mg GO，加入100～500mL去离子水中，超声1～10h并搅拌过夜，随后细胞破碎机25～75%功率下分散10～30min，记为溶液A；另称取1～10g偶联剂KH-570加入100～500mL、pH为2.0～6.0的去离子水，室温水解1～10h，记为溶液B；将所述溶液A和所述溶液B混合，25～100℃下反应12～24h，然后分离获得沉淀物，并用乙醇洗涤2～3次沉淀物，接着在25～75℃真空干燥12～24h，即得偶联剂改性GO-KH570；

步骤（2），GO-KH570细乳液聚合接枝苯乙烯（St）、甲基丙烯酸甲酯共聚物（MMA）

称取100～500mg所述GO-KH570、10～50g St和10～50g MMA，混合搅拌、超声各1～10h后，加入100～500mg正十六烷（HD）、100～500mg偶氮二异丁腈（AIBN），冰浴条件下继续搅拌、超声1～2h，得到油相溶液C；按照0.1～1.0wt%十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、0.1～1.0wt%烷基酚聚氧乙烯醚（OP-10），分别称取十二烷基苯磺酸钠和烷基酚聚氧乙烯醚加入去离子水中，25～75℃搅拌1～10h并静置，得到水相溶液D；将所述溶液C与100～500mL所述溶液D混合，25～75℃预乳化1～10h后，冰浴下细胞破碎机25～75%功率分散10～30min,获得混合液；所述混合液在N₂保护下升温至25～75℃反应1～10h，随后升至75～100℃反应1～10h；反应结束后继续升温煮沸，加入过量乙醇破乳，分离，收集沉淀物并用热水洗涤，干燥，获得干燥沉淀物；将所述干燥沉淀物在有机溶剂中提纯2～3次，25～75℃真空干燥12～24h后，获得聚合物改性的氧化石墨烯-聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯)，即GO-P(St-MMA)；

步骤（3），三元导电高分子复合材料制备