[发明专利]一种以改性碳纳米管为抗静电剂的聚苯乙烯超微粉体的制备方法

说明书

一种以叠氮化丙烯酰氯‑苯乙烯共聚物改性碳纳米管为抗静电剂的聚苯乙烯超微粉体的制备方法，属于导热、抗静电改性工程塑料领域。本发明首先制备了丙烯酰氯‑苯乙烯共聚物；其次通过酰氯键与叠氮化钠反应制备了叠氮化丙烯酰氯‑苯乙烯共聚物；然后通过叠氮基团与碳纳米管反应，得到聚苯乙烯包覆改性的碳纳米管；最后将聚苯乙烯包覆改性的碳纳米管参与到苯乙烯的悬浮聚合，合成导热、抗静电的聚苯乙烯超微粉体。改性后的碳纳米管表面含有聚苯乙烯，增强了碳纳米管在苯乙烯单体中的分散性。该材料具有导热、抗静电性，可以用来制备出导热、抗静电3D打印产品。

技术领域

本发明涉及利用叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物修饰的碳纳米管为导热、抗静电剂，利用悬浮聚合制备聚苯乙烯超微粉体，属于导热、抗静电领域。

背景技术

3D打印，是根据所设计的3D模型，通过3D打印设备逐层增加材料来制造三维产品的技术。这种逐层堆积成形技术又被称作增材制造，是快速成型技术的一种，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。与传统制造技术相比，具有节省材料、不需要模具、工艺简单等优点。3D打印技术在新产品开发、快速单件及小批量零件制造、复杂形状零件的制造、模具的设计与制造等得到了应用。因此， 3D打印产业受到了国内外越来越广泛的关注，将成为下一个具有广阔发展前景的朝阳产业。

材料是3D打印的物质基础，也是当前制约3D打印发展的瓶颈。

聚苯乙烯(PS)属于热塑性树脂，熔融温度100℃，受热后可熔化、粘结，冷却后可以固化成型，收缩率较小等优点。

由于一般高分子材料具有绝缘性，在使用过程中易产生静电积聚，因此高分子材料的抗静电性能成为人们探索的重要课题。碳纳米管因其优异的导电性能及其纳米级尺寸被广泛应用于高分子材料抗静电领域的研究。由于碳纳米管的特殊结构，使其与溶剂及高分子材料的相容性很差。所以要成功实现碳纳米管作为抗静电剂在高分子材料中的使用，必须有效解决碳纳米管在高分子材料基体中的分散、及其与基体结合的相容性问题，碳纳米管表面的有机改性是提高碳纳米管与聚合物基体相容性的常用方法。

传统的碳纳米管改性大都是通过碳纳米管的酸化来实现的，而碳管的酸化会破坏碳纳米管的长径比，增加缺陷，不利于其在高分子材料中形成有效的导电网络。为克服上述缺陷，同时增加改性的碳纳米管与基体材料的相容性，本发明通过丙烯酰氯-苯乙烯共聚物与叠氮钠的水溶液反应获得叠氮化聚丙烯酰氯-苯乙烯共聚物，然后利用叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物在高温下产生氮烯基团与碳纳米管共价接枝获得丙烯酰氯-苯乙烯共聚物共价功能化的碳纳米管，因为不经过酸化过程，能够在最小程度破坏碳纳米管的前提下实现其表面的丙烯酰氯-苯乙烯共聚物共价功能化。

发明内容

本发明的目的是在对碳纳米管破坏程度最小的前提下，实现对其表面的改性。让改性后的碳纳米管表面含有聚苯乙烯，增强了碳纳米管在苯乙烯单体中的分散性。通过在悬浮聚合来制备导热、抗静电3D打印超微粉体。

本发明提供了一种以叠氮官能化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物无损改性碳纳米管为介质的导热、抗静电聚苯乙烯超微粉体制备技术。本发明制备的叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物通过共价键接枝到碳纳米管表面。

一种以叠氮化丙烯酰氯-苯乙烯共聚物改性碳纳米管为抗静电剂的聚苯乙烯超微粉体的制备方法，包括以下步骤：(1)制备丙烯酰氯-苯乙烯共聚物；(2) 再让酰氯基团与叠氮钠反应，获得叠氮化的丙烯酰氯-苯乙烯共聚物；(3)利用叠氮基团在高温下产生的氮烯基团与碳纳米管表面(至少碳纳米管表面碳碳五元环可与之共价接枝)接枝获得改性的碳纳米管；(4)最后将改性后的碳纳米管加入苯乙烯单体中进行悬浮聚合，合成导热、抗静电的超微粉体。

本发明能够通过改变聚丙烯酸的分子量以及叠氮化程度来控制碳纳米管上丙烯酰氯-苯乙烯共聚物的接枝量，可以通过接枝量和改性碳纳米管的量来控制材料的导热和导电性。