專利名稱：一種高電導率的導電塑料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及的是一種導電材料及其制備方法，具體地說是一種高電導率的導電塑料及其制備方法。
背景技術：
導電塑料是由導電性物質與塑料基體以一定方式復合而成的功能性高分子材料。 這類材料可廣泛用作防靜電材料、電極材料、發熱體材料、電磁波屏蔽材料等，在抗靜電、電路電子元器件、傳感器、電磁屏蔽等領域有諸多應用。常用的導電填料可分為抗靜電劑系、 金屬系和碳系三大類。抗靜電劑填充型導電塑料的電導率較低，為KT13-IO-kiSA^,—般用作抗靜電產品；金屬填充型導電塑料主要用于電磁波屏蔽場合，使用的金屬填料主要是銀粉、鎳粉和不銹鋼纖維等，制品的電導率為IO1-IO3SAm,電磁波屏蔽效果為30-60分貝。碳系填充型導電塑料的填充物主要是導電炭黑、石墨和碳纖維，制品的電導率在10_9-10_2S/ cm間調節，完全可以滿足導電材料的防靜電、除靜電需求。隨著導電材料的不斷開發利用，對導電塑料電性能的要求越來越高，導電塑料用作發熱體時，要求其電導率高于10_2S/Cm。采用傳統的導電填料如碳系填料制備導電塑料， 雖具有價格低廉、原料來源廣泛等顯著優點，但是隨著導電填料的填充量增加，填料與塑料基體相容性差，會影響基體塑料原有的力學性能，尤其對材料電導率有較高要求時這一問題顯得更為突出。例如中國專利CN1083767A的公開了一種制備可用作加熱膜的導電塑料的方法，其需要的導電填料(碳黑)含量重量分數最高達60%，碳黑如此高的填充會增加體系的熔體粘度，降低材料的沖擊強度，還會帶來碳黑粒子易脫落造成潔凈室污染等不利影響。
發明內容
本發明的目的在于提供一種電導率高，體積電導率在較大范圍內可調，并且基體塑料原有的力學性能、加工性能等保持率極高的高電導率的導電塑料。本發明的目的還在于提供一種高電導率的導電塑料的制備方法。本發明的目的是這樣實現的本發明的高電導率的導電塑料由塑料基體、導電聚苯胺、分散劑和抗氧劑組成，各組分的質量百分比為65-90 10-30 1-5 0.1-0.2。本發明的高電導率的導電塑料是采用如下方法制備的1.導電聚苯胺的合成(1)采用無機酸作摻雜劑，配制0. 5-3mol/L的稀鹽酸；(2)采用溶液聚合方法，以水作為反應溶劑，將IOml苯胺加入50-100ml蒸餾水中；(3)稱取氧化劑過硫酸銨8_24g溶于60_80ml蒸餾水中，再轉入恒壓滴液漏斗；(4)反應溫度控制20-25°C，勻速滴加氧化劑溶液50-100min，勻速攪拌充分反應100-150min ；(5)反應液用旋片式真空泵抽濾，先用稀酸、丙酮、蒸餾水洗滌；(6)放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，溫度控制在60士5°C充分干燥，得到鹽酸摻雜態聚苯胺粉末；2.聚苯胺導電塑料的制備(1)預熱混煉機和平板硫化機，分別設定混煉機和硫化機的加熱溫度為高于塑料基體的熔點溫度；(2)待混煉機達到設定溫度，先加入塑料基體樹脂和分散劑，混煉一段時間，塑料基體樹脂呈現粘流態時緩慢加入聚苯胺粉末，使其充分混煉均勻；然后再加入塑料基體樹脂，再加入聚苯胺，直至兩組分都混煉完全，混煉時間為15-20min ；(3)經過3-5次混煉后，取混煉物放入模具中，在平板硫化機中熱壓20-30min，模壓溫度160°C，壓力15MPa，冷卻至室溫。所述的塑料基體為為ABS樹脂、即丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，設定混煉機加熱溫度為180°C，硫化機加熱溫度為160°C。本征導電聚合物是一類具有共軛雙鍵結構的高分子材料，經摻雜后可呈現高導電性。有研究表明，與碳系填料相比，在導電性接近的情況下，本征導電聚合物的填充量較低， 而且與塑料基體的相容性良好，因此使得基體塑料原有的力學性能保持率較高。其中，聚苯胺具有多樣的結構，獨特的摻雜機制、優異的物理化學性能、良好的穩定性和原料的價廉易得等優點，是具有實際應用意義的一類本征導電聚合物。本發明利用本征導電聚合物聚苯胺的優異特性，采用熱熔共混法制備了一種高電導率的導電塑料。該材料克服了現有導電塑料的導電填料填充量大、填料與塑料基體相容性差等缺點，體積電導率在較大范圍內可調，并且基體塑料原有的力學性能、加工性能等保持率極高。根據F. Bueche提出的復合型導電聚合物導電無限網鏈理論，復合型導電聚合物材料以絕緣聚合物為基體，摻入導電粒子，根據隧道效應，當兩個導電微粒之間的非導電層很薄，大約IOnm時，在電場作用下，電子越過低的勢壘流動而使材料具有導電性。因為隧道效應只有在導電粒子非常接近，即導電通路或網絡形成時才能產生效果，所以只有導電粒子在聚合物基體中均勻分散，才能擁有良好的導電效果。聚苯胺粒子與塑料基體的相容性良好，可實現優于無機填料的分散效果，其柔性鏈段的伸展也有助于導電微粒間的接觸，良好的分散效果和增加的接觸機率都有利于較低填充量下導電網絡的形成。本發明與目前現有技術相比的優點主要體現在1.以導電聚合物聚苯胺為導電填料，可以解決傳統填料填充量大、與塑料基體相容性差的問題，制備的導電塑料穩定性好；2.本法制備的導電塑料的電導率可接近純的本征導電聚合物水平，可實現電導率較大范圍內可調；3.基體塑料原有的力學性能、加工性能等保持率極高；4.本發明采用通用的塑料加工方法，制備工藝簡單，成本低廉，易實現工業化生產。
具體實施例方式下面舉例對本發明做更詳細的描述1.導電聚苯胺的合成(1)采用無機酸鹽酸作摻雜劑，配制2mol/L的稀鹽酸；(2)采用溶液聚合方法，以水作為反應溶劑，將IOml苯胺加入IOOml蒸餾水中；(3)稱取氧化劑過硫酸銨12g溶于80ml蒸餾水中，再轉入恒壓滴液漏斗；(4)反應溫度控制25 °C，勻速滴加氧化劑溶液lOOmin，勻速攪拌充分反應 120min ；(5)反應液用旋片式真空泵抽濾，先用稀酸、丙酮、蒸餾水洗滌；(6)放入電熱恒溫鼓風干燥箱(溫度控制在60°C左右)中充分干燥，即得到鹽酸摻雜態聚苯胺粉末，采用四探針測試儀測其電導率可達468S/cm.2.聚苯胺導電塑料的制備(1)預熱混煉機和平板硫化機。分別設定混煉機和硫化機的加熱溫度(高于塑料基體的熔點溫度20-30°C )，例如，塑料基體為ABS樹脂(丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物)，設定混煉機加熱溫度為180°C，硫化機加熱溫度為160°C。(2)待混煉機達到設定溫度，先加入ABS樹脂和分散劑N，N-乙撐雙硬脂酰胺，混煉一段時間，ABS樹脂呈現粘流態時方可緩慢加入聚苯胺粉末，使其充分混煉均勻；然后再加入ABS樹脂，再加入聚苯胺，直至兩組分都混煉完全，混煉時間大約為15-20min。(3)經過3-5次混煉后，取混煉物放入模具中，在平板硫化機中熱壓20-30min，模壓溫度160°C，壓力15MPa，得到60 X 15 X 3mm的測試樣片。冷卻至室溫，用四探針測試儀測其電導率可達1. 3S/cm。
權利要求
1.一種高電導率的導電塑料，其特征是由塑料基體、導電聚苯胺、分散劑和抗氧劑組成，各組分的質量百分比為65-90 10-30 1-5 0.1-0.2。
2.根據權利要求1所述的高電導率的導電塑料，其特征是所述塑料基體是ABS樹脂， 所述分散劑是N，N-乙撐雙硬脂酰胺。
3.一種高電導率的導電塑料的制備方法，其特征是(1)導電聚苯胺的合成1)采用無機酸作摻雜劑，配制0.5-3mol/L的稀鹽酸；2)采用溶液聚合方法，以水作為反應溶劑，將IOml苯胺加入50-100ml蒸餾水中；3)稱取氧化劑過硫酸銨8-24g溶于60-80ml蒸餾水中，再轉入恒壓滴液漏斗；4)反應溫度控制20-25°C，勻速滴加氧化劑溶液50-100min，勻速攪拌充分反應 100-150min ；5)反應液用旋片式真空泵抽濾，先用稀酸、丙酮、蒸餾水洗滌；6)放入電熱恒溫鼓風干燥箱中，溫度控制在60士5°C充分干燥，得到鹽酸摻雜態聚苯胺粉末；(2)聚苯胺導電塑料的制備1)預熱混煉機和平板硫化機，分別設定混煉機和硫化機的加熱溫度為高于塑料基體的熔點溫度；2)待混煉機達到設定溫度，先加入塑料基體樹脂和分散劑，混煉一段時間，塑料基體樹脂呈現粘流態時緩慢加入聚苯胺粉末，使其充分混煉均勻；然后再加入塑料基體樹脂，再加入聚苯胺，直至兩組分都混煉完全，混煉時間為15-20min ；3)經過3-5次混煉后，取混煉物放入模具中，在平板硫化機中熱壓20-30min，模壓溫度 160°C，壓力15MPa，冷卻至室溫。
4.根據權利要求3所述的高電導率的導電塑料的制備方法，其特征是所述塑料基體是ABS樹脂，混煉機加熱溫度為180°C，硫化機加熱溫度為160°C
5.根據權利要求3或4所述的高電導率的導電塑料的制備方法，其特征是所述分散劑是N，N-乙撐雙硬脂酰胺。
全文摘要
本發明提供了一種高電導率的導電塑料及其制備方法。導電塑料由塑料基體、導電聚苯胺、分散劑和抗氧劑組成。制備方法包括1、導電聚苯胺的合成用無機酸作摻雜劑；將苯胺加入蒸餾水中；過硫酸銨溶于蒸餾水中；勻速滴加過硫酸銨溶液；抽濾、洗滌；干燥。2、導電塑料的制備在混煉機中先加入塑料基體樹脂和分散劑，混煉一段時間，然后再加入塑料基體樹脂，再加入聚苯胺，直至兩組分都混煉完全，取混煉物放入模具中，熱壓，冷卻至室溫。本發明采用熱熔共混法制備高電導率的導電塑料。該材料克服了現有導電塑料的導電填料填充量大、填料與塑料基體相容性差等缺點，體積電導率在較大范圍內可調，基體塑料原有的力學性能、加工性能保持率極高。
文檔編號C08L79/02GK102212244SQ20111011554
公開日2011年10月12日 申請日期2011年5月5日 優先權日2011年5月5日
發明者李瑞琦, 金政, 閆善濤, 陳征 申請人:哈爾濱工程大學