3d打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料的制備方法為：將聚乙烯吡咯烷酮與乙醇混合，加入對甲基苯磺酸，室溫攪拌，再依次加入過硫酸銨、丙烯酸羥乙酯，室溫攪拌，然后加入聚吡咯顆粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。其中聚吡咯含量為45~50%，丙烯酸羥乙酯含量為5~20%，聚乙烯吡咯烷酮含量為10~20%，乙醇含量為10~30%，對甲基苯磺酸含量為1~2%，過硫酸銨含量為1~2%。本發(fā)明制備的聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料可在30~50℃的溫度范圍內(nèi)進行3D打印，不會堵塞3D打印機噴頭。
【專利說明】3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于導(dǎo)電復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]聚吡咯是研究和使用較多的一種雜環(huán)共軛型導(dǎo)電高分子，通常為無定型黑色固體，以吡咯為單體，經(jīng)過電化學(xué)氧化聚合制成導(dǎo)電性薄膜，氧化劑通常為三氯化鐵、過硫酸銨等。或者用化學(xué)聚合方法合成，電化學(xué)陽極氧化吡咯也是制備聚吡咯的有效手段，是一種空氣穩(wěn)定性好，易于電化學(xué)聚合成膜的導(dǎo)電聚合物，不溶不熔。它在酸性水溶液和多種有機電解液中都能電化學(xué)氧化聚合成膜，其電導(dǎo)率和力學(xué)強度等性質(zhì)與電解液陰離子、溶劑、PH值和溫度等聚合條件密切相關(guān)。導(dǎo)電聚吡咯具有共軛鏈氧化、對應(yīng)陰離子摻雜結(jié)構(gòu)，其電導(dǎo)率可達12~103S/cm，拉伸強度可達50~10MPa及很好的電化學(xué)氧化_還原可逆性。聚吡咯除了作為導(dǎo)電材料使用，如作為特種電極等場合外，還用于電顯示材料等方面，作為線性共軛聚合物，聚吡咯還具有一定光導(dǎo)電性質(zhì)。小陰離子摻雜的聚吡咯在空氣中會緩慢老化，導(dǎo)致其電導(dǎo)率降低，大的疏水陰離子摻雜的聚吡咯能在空氣中保存數(shù)年而無顯著的變化。
[0003]根據(jù)美國技術(shù)咨詢服務(wù)協(xié)會Wohlers Associates發(fā)布的2012年度報告,全球3D打印行業(yè)在2011年銷售額為17.14億美元，當(dāng)前該技術(shù)的市場滲透度為8%，因此，報告保守估計3D打印市場機會為214億美元。樂觀者則認為當(dāng)前市場滲透度僅為1%。從而3D打印市場機會為I 700億美元。目前，3D打印技術(shù)市場的年增長率為29.4%。據(jù)預(yù)測，該行業(yè)的市場規(guī)模到2015年將達37億美元，到2019年將增長到65億美元。從行業(yè)分布看，目前消費電子領(lǐng)域仍然占主導(dǎo)地位，約20.3% ;其他主要應(yīng)用在汽車、醫(yī)療/牙科、工業(yè)/商業(yè)機器和航空航天領(lǐng)域。由此可見，導(dǎo)電復(fù)合材料多樣化將能促進3D打印技術(shù)在電子電器行業(yè)的應(yīng)用。
[0004]本發(fā)明制備的聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料還可制成各種功能性的薄膜、涂層和功能復(fù)合材料，在生物、離子檢測、超電容及防靜電材料及光電化學(xué)電池的修飾電極、蓄電池的電極材料等領(lǐng)域獲得應(yīng)用，市場前景廣闊。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法。該聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法的特征為將聚乙烯吡咯烷酮與乙醇混合，加入對甲基苯磺酸，室溫攪拌，再依次加入過硫酸銨、丙烯酸羥乙酯，室溫攪拌，然后加入聚吡咯顆粒，加熱攪拌，冷卻得3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。本發(fā)明制備的聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，包括作為電磁屏蔽材料和氣體分離膜材料，用于電解電容、電催化、導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料等。
[0006]本發(fā)明提出的3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于:①由下列重量比的原料組成:
聚吡咯45~50%，
丙烯酸羥乙酯5~20%，
聚乙烯吡咯烷酮10~20%，
乙醇10~30%，
對甲基苯磺酸廣2%，
過硫酸銨廣2%。
[0007]②制備步驟如下:
1)將重均分子量為1-40萬的聚吡咯粉碎成100~120目的顆粒；
2)按重量配比稱取原料；
3)在氮氣氛圍下，將聚乙烯吡咯烷酮與乙醇混合，加入對甲基苯磺酸，室溫攪拌90-120分鐘，再依次加入過硫酸銨、丙烯酸羥乙酯，室溫攪拌90-120分鐘，然后加入聚吡咯顆粒，加熱至6(T80°C，攪拌90-120分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0008]將該材料在3(T5 0°C進行3D打印，測試成型后材料的密度、拉伸強度、彎曲強度及導(dǎo)電率。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點在于:(I)將聚吡咯制成10(Tl20目的微小顆粒，使聚吡咯與丙烯酸羥乙酯、聚乙烯吡咯烷酮、乙醇等復(fù)合，添加對甲基苯磺酸、過硫酸銨等輔助劑，配置成具有一定粘度的導(dǎo)電復(fù)合材料，在3(T50°C的溫度范圍內(nèi)進行3D打印，導(dǎo)電復(fù)合材料固化成型，得3D打印產(chǎn)品，從而實現(xiàn)導(dǎo)電復(fù)合材料的低溫打印制造。(2)本發(fā)明制備的3D打印材料是一種流體材料，打印過程不會堵塞3D打印機噴頭，適用于現(xiàn)有的多數(shù)3D打印機。(3)制備工藝簡單，生產(chǎn)成本低，便于推廣和應(yīng)用。(4)打印成型后的復(fù)合材料的導(dǎo)電率分布區(qū)間廣，導(dǎo)電穩(wěn)定性好，抗氧化性能好。

【具體實施方式】
[0010]下面通過實施例進一步描述本發(fā)明實施例1
將45g重均分子量為1-40萬的聚吡咯粉碎成100-120目的顆粒；在氮氣氛圍下，將1g聚乙烯吡咯烷酮與23g乙醇混合，加入Ig對甲基苯磺酸，室溫攪拌90分鐘，再依次加入Ig過硫酸銨、20 g丙烯酸羥乙酯，室溫攪拌90分鐘，然后加入45g聚吡咯顆粒，加熱至60°C，攪拌120分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0011]將該材料在30°C進行3D打印，成型后材料的密度為1.llg/cm3，拉伸強度為72MPa，彎曲強度為103MPa，導(dǎo)電率為19 S/m。
[0012]實施例2
將50g重均分子量為1-40萬的聚吡咯粉碎成100~120目的顆粒；在氮氣氛圍下，將20g聚乙烯吡咯烷酮與21g乙醇混合，加入2g對甲基苯磺酸，室溫攪拌120分鐘，再依次加入2g過硫酸銨、5 g丙烯酸羥乙酯，室溫攪拌120分鐘，然后加入50g聚吡咯顆粒，加熱至80°C，攪拌90分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0013]將該材料在50°C進行3D打印，成型后材料的密度為1.14g/cm3，拉伸強度為83MPa，彎曲強度為99MPa，導(dǎo)電率為101 S/m。
[0014]實施例3
將48g重均分子量為1-40萬的聚吡咯粉碎成100-120目的顆粒；在氮氣氛圍下，將19g聚乙烯吡咯烷酮與1g乙醇混合，加入Ig對甲基苯磺酸，室溫攪拌100分鐘，再依次加入2g過硫酸銨、20 g丙烯酸羥乙酯，室溫攪拌100分鐘，然后加入48g聚吡咯顆粒，加熱至80°C，攪拌100分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0015]將該材料在50°C進行3D打印，成型后材料的密度為1.07g/cm3，拉伸強度為69MPa，彎曲強度為87MPa，導(dǎo)電率為231 S/m。
[0016]實施例4
將45g重均分子量為1-40萬的聚吡咯粉碎成100-120目的顆粒；在氮氣氛圍下，將17g聚乙烯吡咯烷酮與30g乙醇混合，加入2g對甲基苯磺酸，室溫攪拌100分鐘，再依次加入Ig過硫酸銨、5 g丙烯酸羥乙酯，室溫攪拌120分鐘，然后加入45g聚吡咯顆粒，加熱至70°C，攪拌90分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0017]將該材料在40°C進行3D打印，成型后材料的密度為1.09g/cm3，拉伸強度為72MPa，彎曲強度為96MPa，導(dǎo)電率為17 S/m。
[0018]實施例5
將46g重均分子量為1-40萬的聚吡咯粉碎成100-120目的顆粒；在氮氣氛圍下，將14g聚乙烯吡咯烷酮與26g乙醇混合，加入2g對甲基苯磺酸，室溫攪拌120分鐘，再依次加入2g過硫酸銨、10 g丙烯酸羥乙酯，室溫攪拌120分鐘，然后加入46g聚吡咯顆粒，加熱至60°C，攪拌120分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0019]將該材料在30°C進行3D打印，成型后材料的密度為1.04g/cm3，拉伸強度為58MPa,彎曲強度為77MPa，導(dǎo)電率為86 S/m。
【權(quán)利要求】
1.一種3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于:由下列重量比的原料組成: 聚吡咯45~50%， 丙烯酸羥乙酯5~20%， 聚乙烯吡咯烷酮10~20%， 乙醇10~30%， 對甲基苯磺酸廣2%，過硫酸銨廣2%。
2.一種3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:其步驟如下: 1)將重均分子量為1-40萬的聚吡咯粉碎成100~120目的顆粒； 2)按重量配比稱取原料； 3)在氮氣氛圍下，將聚乙烯吡咯烷酮與乙醇混合，加入對甲基苯磺酸，室溫攪拌90-120分鐘，再依次加入過硫酸銨、丙烯酸羥乙酯，室溫攪拌90-120分鐘，然后加入聚吡咯顆粒，加熱至6(T80°C，攪拌 90-120分鐘，冷卻至室溫，得3D打印用聚吡咯導(dǎo)電復(fù)合材料。
【文檔編號】C08K5/42GK104177566SQ201410424557
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】藍碧健 申請人:太倉碧奇新材料研發(fā)有限公司