[发明专利]一种导电碳/聚合物基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物基复合材料领域，特别是涉及一种导电碳/聚合物基复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，由于低熔点聚合物材料如聚乳酸等具有良好的性能，其迅速应用在各个领域。为了提高聚合物材料的导电性，往往在低熔点聚合物材料中加入导电碳如碳纳米管、SP或膨胀石墨等，以得到具有良好导电性能的导电碳/聚合物基复合材料。

目前导电碳/聚合物基复合材料常用的制备方法包括熔融共混法、溶液共混法和原位聚合法等。熔融共混法是将导电碳直接加入到熔融态下的聚合物中、通过机械搅拌的方法使其混合形成复合材料。这种方法只能使导电碳和聚合物达到表态的混合均匀，而且由于熔融态的聚合物粘度较高，难以均匀分散导电碳，因此只适合制备导电碳含量较低的复合材料。溶液共混法一般是先将导电粉料分散到可溶解聚合物的良好溶剂中，随后加入聚合物，混合后，加热蒸发去除溶剂，得到复合材料。采用溶液共混法时在溶剂的蒸发过程中，导电碳团聚现象严重，导致导电碳在复合材料中分布不均。原位聚合法是先将导电碳与单体混合，再在一定条件下进行聚合反应生成复合材料的方法。原位聚合法通过缩聚反应使导电碳与聚合物间形成共价键，加强了导电碳与聚合物间的界面作用，但原位聚合法只适合于单体，对已经聚合了的高分子材料不适用，且成本较高。

因此，为解决目前导电碳/聚合物基复合材料制备方法存在的问题，有必要提供一种新的导电碳/聚合物基复合材料及其制备方法。

发明内容

为解决上述问题，本发明实施例旨在提供一种导电碳/聚合物基复合材料及其制备方法，导电碳/聚合物基复合材料中导电碳分布均匀，该制备方法工艺简单、成本较低。

第一方面，本发明提供了一种导电碳/聚合物基复合材料，包括导电碳和聚合物，所述导电碳的重量为所述聚合物重量的1％-45％。

优选地，所述导电碳的重量为所述聚合物重量的35％-45％。

优选地，所述聚合物为熔点小于或等于500℃的低熔点聚合物。

更优选地，所述聚合物为聚乳酸、聚己内酯、聚芳酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯中的至少一种。

本发明第一方面提供的导电碳/聚合物基复合材料中，所述导电碳的含量较高，所述导电碳在所述导电碳/聚合物基复合材料中分布较为均匀，提高了所述导电碳/聚合物基复合材料的导电性能。

第二方面，本发明提供了一种导电碳/聚合物基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将导电碳分散于溶剂中得到导电碳分散液；

(2)将固态聚合物进行加热得到熔融态的聚合物；

(3)将所述导电碳分散液加入到所述熔融态的聚合物中，所述导电碳的重量为所述固态聚合物重量的1％-45％，加热并搅拌均匀以除去溶剂，所述加热的温度比步骤(2)所述固态聚合物的加热熔融温度高0-10℃，得到熔融态的混合材料；

(4)将所述熔融态的混合材料倒入模具中，快速冷却成型，脱模，制得导电碳/聚合物基复合材料，所述导电碳/聚合物基复合材料中，所述导电碳的重量为所述聚合物重量的1％-45％。

优选地，步骤(1)中在将所述导电碳置于溶剂中之前，先采用酸或表面活性剂对所述导电碳进行表面修饰。

更优选地，采用酸对所述导电碳进行表面修饰的方法为：将所述导电碳置于硫酸、硝酸和磷酸中的至少一种酸中，在25-90℃下反应1-5h，过滤，将滤渣进行多次水洗后进行真空干燥、研磨，制得表面修饰的导电碳。

更优选地，采用表面活性剂对所述导电碳进行表面修饰的方法为：将所述导电碳置于含有表面活性剂的溶液中，超声分散1h-5h，得到表面修饰的导电碳溶液。

优选地，步骤(2)中在所述聚合物加热过程中，加入有机溶剂，搅拌均匀，得到熔融态的聚合物，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一种。

优选地，步骤(4)中所述快速冷却成型的方法为：将所述熔融态的混合材料进行冷冻干燥或在所述熔融态的混合材料中加入去离子水和酒精中的至少一种，使所述熔融态的混合材料快速冷却成型。