一種導電碳/聚合物基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及聚合物基復合材料領域，特別是涉及一種導電碳/聚合物基復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]目前，由于低熔點聚合物材料如聚乳酸等具有良好的性能，其迅速應用在各個領域。為了提高聚合物材料的導電性，往往在低熔點聚合物材料中加入導電碳如碳納米管、SP或膨脹石墨等，以得到具有良好導電性能的導電碳/聚合物基復合材料。
[0003]目前導電碳/聚合物基復合材料常用的制備方法包括熔融共混法、溶液共混法和原位聚合法等。熔融共混法是將導電碳直接加入到熔融態下的聚合物中、通過機械攪拌的方法使其混合形成復合材料。這種方法只能使導電碳和聚合物達到表態的混合均勻，而且由于熔融態的聚合物粘度較高，難以均勻分散導電碳，因此只適合制備導電碳含量較低的復合材料。溶液共混法一般是先將導電粉料分散到可溶解聚合物的良好溶劑中，隨后加入聚合物，混合后，加熱蒸發去除溶劑，得到復合材料。采用溶液共混法時在溶劑的蒸發過程中，導電碳團聚現象嚴重，導致導電碳在復合材料中分布不均。原位聚合法是先將導電碳與單體混合，再在一定條件下進行聚合反應生成復合材料的方法。原位聚合法通過縮聚反應使導電碳與聚合物間形成共價鍵，加強了導電碳與聚合物間的界面作用，但原位聚合法只適合于單體，對已經聚合了的高分子材料不適用，且成本較高。
[0004]因此，為解決目前導電碳/聚合物基復合材料制備方法存在的問題，有必要提供一種新的導電碳/聚合物基復合材料及其制備方法。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明實施例旨在提供一種導電碳/聚合物基復合材料及其制備方法，導電碳/聚合物基復合材料中導電碳分布均勻，該制備方法工藝簡單、成本較低。
[0006]第一方面，本發明提供了一種導電碳/聚合物基復合材料，包括導電碳和聚合物，所述導電碳的重量為所述聚合物重量的1% _45%。
[0007]優選地，所述導電碳的重量為所述聚合物重量的35% -45%。
[0008]優選地，所述聚合物為熔點小于或等于500°C的低熔點聚合物。
[0009]更優選地，所述聚合物為聚乳酸、聚己內酯、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種。
[0010]本發明第一方面提供的導電碳/聚合物基復合材料中，所述導電碳的含量較高，所述導電碳在所述導電碳/聚合物基復合材料中分布較為均勻，提高了所述導電碳/聚合物基復合材料的導電性能。
[0011]第二方面，本發明提供了一種導電碳/聚合物基復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0012](I)將導電碳分散于溶劑中得到導電碳分散液；
[0013](2)將固態聚合物進行加熱得到熔融態的聚合物；
[0014](3)將所述導電碳分散液加入到所述熔融態的聚合物中，所述導電碳的重量為所述固態聚合物重量的1% _45%，加熱并攪拌均勻以除去溶劑，所述加熱的溫度比步驟(2)所述固態聚合物的加熱熔融溫度高0_10°C，得到熔融態的混合材料；
[0015](4)將所述熔融態的混合材料倒入模具中，快速冷卻成型，脫模，制得導電碳/聚合物基復合材料，所述導電碳/聚合物基復合材料中，所述導電碳的重量為所述聚合物重量的 1% -45%。
[0016]優選地，步驟(I)中在將所述導電碳置于溶劑中之前，先采用酸或表面活性劑對所述導電碳進行表面修飾。
[0017]更優選地，采用酸對所述導電碳進行表面修飾的方法為:將所述導電碳置于硫酸、硝酸和磷酸中的至少一種酸中，在25-90°C下反應l_5h，過濾，將濾渣進行多次水洗后進行真空干燥、研磨，制得表面修飾的導電碳。
[0018]更優選地，采用表面活性劑對所述導電碳進行表面修飾的方法為:將所述導電碳置于含有表面活性劑的溶液中，超聲分散lh_5h，得到表面修飾的導電碳溶液。
[0019]優選地，步驟(2)中在所述聚合物加熱過程中，加入有機溶劑，攪拌均勻，得到熔融態的聚合物，所述有機溶劑為二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一種。
[0020]優選地，步驟(4)中所述快速冷卻成型的方法為:將所述熔融態的混合材料進行冷凍干燥或在所述熔融態的混合材料中加入去離子水和酒精中的至少一種，使所述熔融態的混合材料快速冷卻成型。
[0021]本發明結合了熔融共混法與溶液共混法，提供了一種新的導電碳/聚合物基復合材料的制備方法，該制備方法將導電碳分散液和熔融態的聚合物混合，在加熱條件下去除溶劑，最后驟冷成型，制備出混合均勻且具有優良導電性能的導電碳/低熔點聚合物基復合材料。本發明提供的制備方法克服了熔融共混法只能達到導電碳和聚合物表態的混合均勻且聚合物熔體的粘度高，只適合制備導電碳含量較低的復合材料的問題，以及克服了溶液共混法在溶劑的蒸發過程中，導電碳顆粒團聚嚴重，分布不均的問題。同時，本發明提供的導電碳/聚合物基復合材料的制備方法工藝簡單、成本較低，制得的導電碳/聚合物基復合材料中導電碳含量較高，且分布較為均勻。
[0022]綜上，本發明有益效果包括以下幾個方面:
[0023](I)本發明提供的導電碳/聚合物基復合材料中，所述導電碳的含量較高，所述導電碳在導電碳/聚合物基復合材料中分布較為均勻，提高了所述導電碳/聚合物基復合材料的導電性能；
[0024](2)本發明將導電碳分散液和熔融態的聚合物混合，在加熱條件下去除溶劑，最后驟冷成型，制得了混合均勻且具有優良的導電性能導電碳/聚合物基復合材料。本發明制備方法工藝簡單，成本較低，有利于產業化生產。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明一實施方式的導電碳/聚合物基復合材料的制備方法工藝流程圖；
[0026]圖2為本發明實施例一的導電碳/聚合物基復合材料的制備方法工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0027]以下所述是本發明實施例的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明實施例原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明實施例的保護范圍。
[0028]第一方面，本發明提供了一種導電碳/聚合物基復合材料，包括導電碳和聚合物，導電碳的重量為聚合物重量的1% _45%。
[0029]本發明實施方式中，導電碳的重量為聚合物重量的35% -45%。
[0030]本發明實施方式中，導電碳/聚合物基復合材料中各個部位的電阻率數值的離差不超過20 Ω.cm。
[0031]離差指的是單個電阻率數值與電阻率平均值的差。
[0032]導電碳/聚合物基復合材料中各個部位的電阻率數值大小接近，各部位電阻率數值的差距較小，說明電碳在導電碳/聚合物基復合材料中分布較為均勻。
[0033]本發明實施方式中，步驟(I)中導電碳為炭黑、碳纖維、碳納米管、活性炭、碳微球、膨脹石墨、石墨稀和導電碳SP中的至少一種。
[0034]本發明實施方式中，步驟(I)中導電碳材料的粒徑為10nm-50ym。
[0035]本發明實施方式中，聚合物為熔點小于或等于500°C的低熔點聚合物。
[0036]本發明實施方式中，聚合物為聚乳酸(PLA)、聚己內酯(PCL)、聚芳酯(PAR)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的至少一種。
[0037]本發明第一方面提供的導電碳/聚合物基復合材料中，導電碳的含量較高，提高了導電碳/聚合物基復合材料的導電性能。
[0038]第二方面，如圖1所示，圖1為本發明一實施方式