[发明专利]一种聚合物基介电复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物基介电复合材料的制备方法。以十六烷基三甲基溴化铵和过硫酸铵构成氧化模板，再与具有一维结构的羧基化多壁碳纳米管形成双模板，采用化学氧化法将促进吡咯单体在MWCNTs表面聚合，制备了具有特殊核‑壳同心轴结构的新型杂化聚吡咯/多壁碳纳米管导电复合材料。将其作为导电填料与聚偏氟乙烯聚合物基体复合，即可制得聚吡咯/碳纳米管/聚偏氟乙烯三相介电复合材料。整个制备过程中合成工艺简单，成本低，安全易得。本发明的PPy/MWCNTs/PVDF介电复合材料具有优良的介电性能和机械性能，在抗静电、传感器、微波吸收材料、电磁屏蔽材料、航空材料、电极材料、电磁屏蔽、金属防腐、发光二极管、医学上的药物释放等方面有着广泛的应用。

技术领域

本发明涉及一种聚合物基介电复合材料的制备方法，特别涉及一种聚吡咯/碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电复合材料及其制备方法。

背景技术

在众多聚合物中，聚偏氟乙烯(PVDF)由于易加工性、独特的铁电性能、高的击穿强度和机械强度、良好的柔韧性能和低介电损耗等特点、具有巨大的应用价值，是制备薄膜材料的首选基体，但其介电常数非常低(通常小于10)，故需引入导电填料提高它的介电性能。纳米聚吡咯(PPy)因具有导电性好、电导率可调、模量低、稳定性好、比重轻、生物相容性好、极化能力强等优点在电介质领域脱颖而出。

PPy因其具有类似于金属的导电特性、聚合物的分子结构可设计性以及小密度、高稳定性和合成工艺简单的优点，已经成为一种发展较为成熟的新型导电功能高分子材料，其复合材料在电极材料、电磁屏蔽、金属防腐、发光二极管、医学上的药物释放等方面有着广泛的应用。早期聚吡咯的制备方法有化学氧化聚合和电化学聚合，在此基础上又发展了模板法，模板法是PPy目前最常用的合成方法之一。杜伟等以FeCl3·6H2O为氧化剂，在纳米石墨薄片上引发吡咯单体的原位聚合，使其合成的PPy导电性和热稳定性显著提高。刘乃亮等以FeCl3作为氧化剂，在镀有金属镍膜的纳米石墨微片表面原位聚合了PPy，制备的复合材料的导电性提升到103.6S/cm。高延敏等人通过改变表面活性剂的种类和用量考察其对聚吡咯形貌和性能的影响，得到棒状的比球状的导电性好。目前，具有纳米尺寸特定形貌(如纳米球、纳米线、纳米管、纳米棒、纳米纤维)的导电聚合物已经成为了科研人员研究的热点课题，而具有二维结构的聚吡咯相比于一维的会具有更高的导电性，更容易和树脂形成网络结构，还能提高复合材料的热力学性能。因此研究特殊形貌的聚吡咯具有很重要的意义。传统的柔性高聚物PVDF具有高的击穿强度和机械强度，易加工性，柔韧性好，成本低，是理想的储能材料，但其介电常数非常低(通常小于10)。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种聚合物基介电复合材料的制备方法。本发明的方法有效提高了聚合物的相容性，提高了导电填料的导电性既符合材料的高介电性能，制备过程经济环保易得。

为达到上述目的，本发明的关键技术方案是：

一种聚合物基介电复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a)按重量份计，将0.1～0.4份羧基化多壁碳纳米管与0.05-0.2份的盐酸溶液共混后，超声制得混合液A；

b)将混合液A置于反应器中0～5℃冰浴搅拌后，加入氧化剂，反应后加入表面活性剂，继续搅拌反应；最后逐滴滴入0.8～1.6份吡咯单体，充分反应制得聚吡咯/碳纳米管的混合液B，整个过程将体系温度控制0～5℃；其中，氧化剂与吡咯的摩尔比为2：1，表面活性剂与吡咯的摩尔比为4：1；

c)将混合液B抽滤，用HCl溶液和丙酮反复洗涤，真空干燥，制得核-壳同心轴结构的聚吡咯/碳纳米管复合材料；

d)将聚吡咯/碳纳米管复合材料在有机溶剂中超声分散，然后加入聚偏氟乙烯，机械搅拌至其完全分散均匀，移入室温磁力搅拌形成稳定的悬浮液，再超声制得混合液C，聚吡咯/碳纳米管复合材料与聚偏氟乙烯的质量比为(4：100)～(12：100)；将上述混合液C在模具上自然流平，随后放入烘箱里蒸发溶剂成膜，制得聚吡咯/碳纳米管/聚偏氟乙烯三相介电复合材料。