專利名稱：一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電聚苯乙烯復(fù)合材料，特別涉及一種聚苯乙烯與石墨組成的導(dǎo)電復(fù)合材料。
絕大多數(shù)聚合物材料如聚乙烯、聚丙烯、尼龍、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸酯等是不導(dǎo)電的，然而在很多行業(yè)中往往對其制品的電性能有一定要求，如抗靜電性等。聚合物材料電導(dǎo)率的提高通常是通過加入一定量的導(dǎo)電填料，由導(dǎo)電填料連接成導(dǎo)電通路，從而使聚合物材料具有一定的導(dǎo)電性。
波蘭的J.Koszkul在Journal of Polymer Engineering 1998年第18卷第4期上報(bào)導(dǎo)了一種聚丙烯/炭黑導(dǎo)電復(fù)合材料，其炭黑的添加量在10-20wt％之間。Stephen H.Foulger在Journal of Applied polymerScience 1999年第72卷1573-1578頁報(bào)導(dǎo)了一種高密度聚乙烯/炭黑導(dǎo)電復(fù)合材料，炭黑的添加量大于5wt％，材料的體積電導(dǎo)率為10-6S/cm，導(dǎo)電效果并不好。日本專利(特開平7-286103)公開了一種用炭黑和/或膨脹石墨與聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳、聚對苯二甲酸己二醇酯、聚苯硫醚等熱塑性樹脂機(jī)械共混制備導(dǎo)電復(fù)合材料的技術(shù)，導(dǎo)電填料含量大于12wt％，材料的電導(dǎo)率才能達(dá)到10-4S/cm數(shù)量級，并因?yàn)轶w系中導(dǎo)電填料填充量高，對聚合物樹脂材料的強(qiáng)度和韌性損害較大。
已有技術(shù)中導(dǎo)電填料填充量大，滲濾閾值高，由于大量導(dǎo)電填料的加入，導(dǎo)致了導(dǎo)電復(fù)合材料力學(xué)性能和加工性能的下降，主要表現(xiàn)在復(fù)合材料的流變性能變壞，加工難度增加，材料拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率大幅度降低，材料的脆性增加。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)，提供一種同時(shí)具有高電導(dǎo)率和良好力學(xué)性能、加工性能的聚苯乙烯/石墨復(fù)合材料。
本發(fā)明的目的還在于提供一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料，包括如下組份及其含量(重量份)苯乙烯 100石墨 1.0-6.0引發(fā)劑 1.0-2.5懸浮劑 1.0-4.0所述石墨為天然鱗片石墨、致密塊狀石墨的粉狀顆粒，優(yōu)選天然鱗片石墨，其顆粒度為100μm-500μm，在使用前應(yīng)先經(jīng)過酸化、膨脹處理，膨脹倍數(shù)應(yīng)在100倍以上，優(yōu)選在150倍以上。石墨的最佳含量為2.0-4.0(重量份)，當(dāng)含量低于2.0份，石墨不易形成導(dǎo)電通路；當(dāng)石墨含量超過4.0份，材料力學(xué)性能將會逐漸降低。
所述引發(fā)劑為過氧化十二酰、過氧化苯甲酰、過氧化特戊酸特丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環(huán)己酯、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈；所述懸浮劑為羧甲基纖維素、羧丙基纖維素、聚乙烯醇、明膠、聚丙烯酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉，優(yōu)選為聚乙烯醇，其醇解度為80-90％，聚合度為1000-2000。
所述苯乙烯最好經(jīng)減壓蒸餾方法精制，以除去苯乙烯中的對苯二酚阻聚劑。
本發(fā)明聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，依次包括如下步驟1、將石墨在濃硫酸與濃硝酸的混合液中浸泡10-24小時(shí)，得到酸化石墨，濃硫酸與濃硝酸的優(yōu)選比例為4∶1(重量份)。酸化石墨經(jīng)水洗、干燥后，在馬弗爐中加熱處理，溫度控制在900-1100℃，得到膨脹倍數(shù)在100倍以上的膨脹石墨。
2、將膨脹石墨加到100份(重量份)苯乙烯單體中攪拌，放置10-24小時(shí)后，將其加入到含有1.0-2.5(重量份)的引發(fā)劑，1.0-4.0(重量份)懸浮劑以及一定量水的反應(yīng)器中，控制油水比1∶2-1∶5(重量份)，開始聚合反應(yīng)，聚合溫度60-100℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，反應(yīng)6-10小時(shí)，得到黑色、細(xì)小顆粒的本發(fā)明產(chǎn)品。
盡管不打算局限于理論上的說明，但本發(fā)明可能存在的機(jī)理如下首先是通過石墨的酸化、膨脹處理，使石墨的體積擴(kuò)大上百倍，大幅度提高石墨的比表面積，達(dá)到約50m2/g，增大石墨的吸附能力和吸油值。而后采用插層原位聚合的方法即通過聚合物單體等組份對石墨的表面處理、原位聚合等步驟，克服石墨片層間的相互作用力，進(jìn)一步剝離石墨片層，同時(shí)使剝離的石墨片層均勻分散在聚合物基體中，得到聚合物/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料。石墨粒子的膨脹、單體插層、片層剝離和原位聚合的過程，實(shí)際上大大增加了石墨粒子的有效添加量，使得聚合物/石墨導(dǎo)電材料在導(dǎo)電填料添加量較少的情況下，達(dá)到高的電導(dǎo)率，克服填充型導(dǎo)電復(fù)合材料加工流變性差和力學(xué)性能低的問題。
下面將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1將顆粒度為500μm的天然鱗片石墨在濃硫酸與濃硝酸4∶1(重量份)的混合液中浸泡24小時(shí)，然后將石墨濾出、水洗、干燥后，放入馬弗爐中加熱膨脹，溫度控制在900℃，得到膨脹倍數(shù)為178倍的膨脹石墨。將2.8克膨脹石墨加到100克苯乙烯單體中攪拌，放置15小時(shí)后，將其加入到含有2.3克的過氧化苯甲酰，3.0克醇解度為88％，聚合度為1700±50的聚乙烯醇以及400克水的反應(yīng)器中，開始聚合反應(yīng)，聚合溫度80℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，反應(yīng)時(shí)間8小時(shí)，得到呈黑色、細(xì)小顆粒的聚合物。所得聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的力學(xué)性能和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)見表1。
實(shí)施例2制備步驟同實(shí)施例1，將上述石墨含量增加至4.2克，所得聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的力學(xué)性能和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)見表1。
實(shí)施例3制備步驟同實(shí)施例1，將上述石墨含量增加至5.0克，所得聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的力學(xué)性能和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)見表1。
實(shí)施例4100克苯乙烯單體，2.3克的過氧化苯甲酰，3.0克醇解度為88％，聚合度為1700±50的聚乙烯醇以及400克水的反應(yīng)器中，開始聚合反應(yīng)，聚合溫度80℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，反應(yīng)時(shí)間8小時(shí)，所得聚合物材料的力學(xué)性能和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)見表1。
表1聚合物材料的力學(xué)性能和電導(dǎo)率數(shù)據(jù)實(shí)施例 石墨含量電導(dǎo)率 拉伸強(qiáng)度 拉伸斷裂 彎曲模量編號(重量份)(s/cm) (MPa) 伸長率 (GPa)(％)4 0 10-16 78.6 10.7 1.041 2.83.2×10-877.0 10.2 1.072 4.24.4×10-472.6 9.41.153 5.02.3×10-260.1 7.11.19
權(quán)利要求
1.一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料，包括如下組份及其含量(重量份)苯乙烯 100石墨 1.0-6.0引發(fā)劑 1.0-2.5懸浮劑 1.0-4.0所述石墨為天然鱗片石墨、致密塊狀石墨的粉狀顆粒，在使用前先經(jīng)過酸化、膨脹處理，膨脹倍數(shù)在100倍以上；所述引發(fā)劑為過氧化十二酰、過氧化苯甲酰、過氧化特戊酸特丁酯、過氧化二碳酸二異丙酯、過氧化二碳酸二環(huán)己酯、偶氮二異丁腈、偶氮二異庚腈；所述懸浮劑為羧甲基纖維素、羧丙基纖維素、聚乙烯醇、明膠、聚丙烯酸鈉、十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于所述石墨為天然鱗片石墨，其顆粒度為100μm-500μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于所述石墨的含量為2.0-4.0(重量份)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于所述石墨膨脹倍數(shù)在150倍以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于所述的懸浮劑為聚乙烯醇，其醇解度為80-90％，聚合度為1000-2000。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于所述苯乙烯經(jīng)減壓蒸餾方法精制。
7.權(quán)利要求1的一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，依次包括如下步驟1、將石墨在濃硫酸與濃硝酸的混合液中浸泡10-24小時(shí)，得到酸化石墨；酸化石墨經(jīng)水洗、干燥后，在馬弗爐中加熱處理，溫度控制在900-1100℃，得到膨脹倍數(shù)在100倍以上的膨脹石墨；2、將膨脹石墨加到100份(重量份)苯乙烯單體中攪拌，放置10-24小時(shí)后，將其加入到含有1.0-2.5(重量份)的引發(fā)劑，1.0-4.0(重量份)懸浮劑以及一定量水的反應(yīng)器中，控制油水比1∶2-1∶5(重量份)，開始聚合反應(yīng)，聚合溫度60-100℃，氮?dú)獗Ｗo(hù)，反應(yīng)6-10小時(shí)，得到黑色、細(xì)小顆粒的本發(fā)明產(chǎn)品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述濃硫酸與濃硝酸的比例為4∶1(重量份)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料,包括如下組份及其含量(重量份):苯乙烯100,石墨1.0－6.0,引發(fā)劑1.0－2.5,懸浮劑1.0－4.0。本發(fā)明還公開了一種聚苯乙烯/石墨導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明的聚苯乙烯/石墨復(fù)合材料同時(shí)具有高電導(dǎo)率和良好力學(xué)性能、加工性能。
文檔編號C08K3/04GK1364826SQ0110055
公開日2002年8月21日 申請日期2001年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月19日
發(fā)明者歐玉春, 方曉萍, 鄒軍鋒 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所