專利名稱：一種制備載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米級(jí)聚苯乙烯微球表面負(fù)載納米銅離子的方法。
背景技術(shù)：
聚苯乙烯(簡稱PS)是指由苯乙烯單體經(jīng)自由基加聚反應(yīng)合成的聚合物，PS是一種通用塑料，其體積電阻較高，是一種良好的電絕緣材料。但其塑料制品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用過程中會(huì)產(chǎn)生靜電，導(dǎo)致可能因塑料帶靜電而引起燃燒和爆炸的危險(xiǎn)，因此降低PS的電阻率以減少災(zāi)害的發(fā)生具有重要的實(shí)際意義。現(xiàn)有技術(shù)中常把導(dǎo)電填料如金屬、無機(jī)半導(dǎo)體、炭黑、石墨、碳纖維等加到高分子材料基體中而形成多相復(fù)合材料，使其具有質(zhì)輕、易成型、成本低等特點(diǎn)，并可在大范圍內(nèi)根據(jù)需要，通過添加導(dǎo)電填料的量來調(diào)節(jié)其電學(xué)和力學(xué)性能，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于抗靜電、電磁屏蔽等許多領(lǐng)域。但這種導(dǎo)電物質(zhì)分散共混型的制備方法具有以下缺點(diǎn):
1、導(dǎo)電填料在制品加工中若混合不均勻，可能使導(dǎo)電材料在各處的電導(dǎo)率不一致；
2、這種方法制備的導(dǎo)電填料可能會(huì)在使用過程中脫落，從而導(dǎo)致環(huán)境污染。目前聚苯乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料多使用碳系填充，但比表面積大、分散性好的炭黑價(jià)格相對比較昂貴，且導(dǎo)電性能沒有金屬填充材料高。另一種市面上多用的導(dǎo)電高分子為載銀材料，成本較高成為約束其規(guī)模應(yīng)用的主要缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，旨在提供一種經(jīng)濟(jì)、導(dǎo)電性能高的制備載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯的方法，實(shí)現(xiàn)在分子級(jí)別上對聚苯乙烯材料進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)及尺寸、載銅量的可控設(shè)計(jì)。本發(fā)明中涉及方法步驟包括單分散聚苯乙烯的制備、磺化聚苯乙烯微球溶膠制備、與載銅納米級(jí)導(dǎo)電的聚苯乙烯。具體如下:
(1)聚苯乙烯的制備:
將10-30g由苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)與偶氮二異丁腈按質(zhì)量比為50-100:5_30:I組成的物料與10-300ml的乙醇溶液加入帶有攪拌裝置和冷凝裝置的容器中，在室溫下通入氮?dú)獠簧儆?.5小時(shí)，然后攪拌反應(yīng)，將生成的產(chǎn)物用乙醇洗滌、干燥得聚苯乙烯；
(2)制備磺化聚苯乙烯微球溶膠:
取(I)制備的聚苯乙烯粉體3g，加入30ml濃硫酸中攪拌加熱至30-50°C，反應(yīng)2_5小時(shí)，磺化后的聚苯乙烯通過離心過 濾后用乙醇洗滌2-8次，再放入純凈水中呈溶膠狀，得磺化聚苯乙烯微球溶膠；
(3)制備載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯:
取(2)中磺化聚苯乙烯微球溶膠l_30g與40ml的物質(zhì)的量濃度為3*10-4-8*l(T4mOl/I的聚乙烯吡咯烷酮水溶液進(jìn)行混合，再向前述溶液中快速加入3-20ml [Cu (NH3) 4]2+溶液，于室溫下攪拌0.5-3小時(shí)后，加熱升溫到50-80°C繼續(xù)攪拌4-9小時(shí)，最終產(chǎn)物通過離心過濾、去離子水洗滌、干燥后即得到載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯。上述方案的優(yōu)選方案是，所述步驟(1)中，所述乙醇溶液的質(zhì)量濃度為70-98%。所述步驟(1)中，所述攪拌反應(yīng)是在50_90°C下攪拌10-40小時(shí)；所述干燥時(shí)間為4-24小時(shí)。所述步驟(2)中濃硫酸的質(zhì)量濃度為90-99%。所述步驟(2)中，磺化聚苯乙烯微球溶膠的質(zhì)量濃度為1_10%。所述步驟(2)中使用的純凈水為超純水、蒸餾水或去離子水。所述步驟(3)中所述的[Cu(NH3)4]2+的物質(zhì)的量濃度為1.8*10^-5.9*10^mol/L.其中[Cu (NH3) 4]2+溶液是將CuSO4溶解于過量氨水 中制得。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果:
(1)本發(fā)明制備的載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯的原料相對便宜，經(jīng)濟(jì)可規(guī)?；a(chǎn)，具有成本低、導(dǎo)電性能高、電導(dǎo)率一致等特點(diǎn)；
(2)本發(fā)明制備的載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯外形為規(guī)則的球形，并具有單分散的性
倉泛;
(3)本發(fā)明在合成載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯過程中可以通過控制其形成條件，使聚合物的微球粒徑在納米至微米的范圍內(nèi)變化，從而可以制備不同粒徑的微球以滿足不同需求；
(4)由于本發(fā)明的載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯是由高分子微球和金屬鍍層組成，它同時(shí)具有高分子質(zhì)量輕，可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又具有鍍層金屬的金屬特性，具有良好的導(dǎo)電 生倉泛;
(5)本發(fā)明的采用一步法制成，其制備工藝簡單、條件溫和、環(huán)境友好。


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圖1是實(shí)施例一中的載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯透射衍射圖片；
圖2是實(shí)施例二中的載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯透射衍射圖片。
具體實(shí)施例方式為更好理解本發(fā)明，現(xiàn)以載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯的制備為例，非限定實(shí)施例敘述如下。下述實(shí)施例中，[Cu (NH3) 4]2+溶液是將CuSO4溶解于過量氨水中制得溶液。實(shí)施例一:
(I)聚苯乙烯的制備:
將苯乙烯15.0g、PVP為3.0g、偶氮二異丁腈0.2g,與質(zhì)量濃度為90%的乙醇溶液250mL，一起加入帶有攪拌裝置和冷凝裝置的容器中，在室溫下通入氮?dú)?小時(shí)，趕出溶解在水中的氧氣后，加熱到80°C，攪拌反應(yīng)25小時(shí)，將生成的產(chǎn)物用乙醇洗滌、干燥10小時(shí)得聚苯乙烯；
(2)制備磺化聚苯乙烯微球溶膠:
取(I)制備的聚苯乙烯粉體3g，加入質(zhì)量濃度為99%濃硫酸30ml中攪拌加熱至40°C，反應(yīng)3小時(shí)，磺化后的聚苯乙烯通過離心過濾后用乙醇洗滌5次，再放入超純水中呈溶膠狀，得到質(zhì)量濃度為5%的磺化聚苯乙烯微球溶膠；
(3)制備載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯:
取(2)中磺化聚苯乙烯微球溶膠15 g與40ml的物質(zhì)的量濃度為5*10_4mol/l的聚乙烯吡咯烷酮水溶液進(jìn)行混合，再向前述溶液中快速加入物質(zhì)的量濃度為5.9*10_1mol/l的[Cu(NH3)4]2+溶液10ml，于室溫下攪拌I小時(shí)后，加熱升溫到60°C繼續(xù)攪拌5小時(shí)，最終產(chǎn)物通過離心過濾、去離子水洗滌、干燥后即得到載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯。此方法制得的產(chǎn)物透射衍射圖片見圖1，是直徑為約200nm的球狀物質(zhì)。
實(shí)施例二: (1)聚苯乙烯的制備:
將將苯乙烯9.0g, PVP為0.9g，偶氮二異丁腈0.1g,與質(zhì)量濃度為98%的乙醇溶液IOOmL,—起加入帶有攪拌裝置和冷凝裝置的容器中，在室溫下通入氮?dú)?小時(shí)，趕出溶解在水中的氧氣后，加熱到50°C，攪拌反應(yīng)30小時(shí)，將生成的產(chǎn)物用乙醇洗滌、干燥15小時(shí)得聚苯乙烯；
(2)制備磺化聚苯乙烯微球溶膠:
取(I)制備的聚苯乙烯粉體3g，加入質(zhì)量濃度為95%濃硫酸30ml中攪拌加熱至30°C，反應(yīng)5小時(shí)，磺化后的聚苯乙烯通過離心過濾后用乙醇洗滌2次，再放入蒸餾水中呈溶膠狀，得到質(zhì)量濃度為8%的磺化聚苯乙烯微球溶膠；
(3)制備載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯:
取(2)中磺化聚苯乙烯微球溶膠8 g與40ml的物質(zhì)的量濃度為6*10_4mol/l的聚乙烯吡咯烷酮水溶液進(jìn)行混合，再向前述溶液中快速加入物質(zhì)的量濃度為3.5*10_4mol/l的[Cu(NH3)4]2+溶液10ml，于室溫下攪拌2小時(shí)后，加熱升溫到70°C繼續(xù)攪拌4小時(shí)，最終產(chǎn)物通過離心過濾、去離子水洗滌、干燥后即得到載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯。此方法制得的產(chǎn)物透射衍射圖片見圖2，是直徑為約IOOnm的球狀物質(zhì)。
實(shí)施例三:
(1)聚苯乙烯的制備:
將苯乙烯22.0g、PVP為2.3g、偶氮二異丁腈0.47g，與質(zhì)量濃度為95%的乙醇溶液200mL，一起加入帶有攪拌裝置和冷凝裝置的容器中，在室溫下通入氮?dú)?0小時(shí)，趕出溶解在水中的氧氣后，加熱到80°C，攪拌反應(yīng)15小時(shí)，將生成的產(chǎn)物用乙醇洗滌、干燥16小時(shí)得聚苯乙烯；
(2)制備磺化聚苯乙烯微球溶膠:
取(I)制備的聚苯乙烯粉體3g，加入質(zhì)量濃度為90%濃硫酸30ml中攪拌加熱至50°C，反應(yīng)2小時(shí)，磺化后的聚苯乙烯通過離心過濾后用乙醇洗滌6次，再放入去離子水中呈溶膠狀，得到質(zhì)量濃度為7%的磺化聚苯乙烯微球溶膠；
(3)制備載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯:
取(2)中磺化聚苯乙烯微球溶膠I g與40ml的物質(zhì)的量濃度為3*10_4mol/l的聚乙烯吡咯烷酮水溶液進(jìn)行混合，再向前述溶液中快速加入物質(zhì)的量濃度為的[Cu (NH3)4]2+溶液20ml，于室溫下攪拌0.5小時(shí)后，加熱升溫到80°C繼續(xù)攪拌4小時(shí)，最終產(chǎn)物通過離心過濾、去離子水洗滌、干燥后即得到載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯。
實(shí)施例四:
(1)聚苯乙烯的制備:
將苯乙烯11.5g、PVP為0.15g、偶氮二異丁腈3.35g，與質(zhì)量濃度為70%的乙醇溶液250mL，一起加入帶有攪拌裝置和冷凝裝置的容器中，在室溫下通入氮?dú)?.5小時(shí)，趕出溶解在水中的氧氣后，加熱到90°C，攪拌反應(yīng)10小時(shí)，將生成的產(chǎn)物用乙醇洗滌、干燥4小時(shí)得聚苯乙烯；
(2)制備磺化聚苯乙烯微球溶膠:
取(I)制備的聚苯乙烯粉體3.0g，加入質(zhì)量濃度為92%濃硫酸30ml中攪拌加熱至45°C，反應(yīng)5小時(shí)，磺化后的聚苯乙烯通過離心過濾后用乙醇洗滌4次，再放入超純水中呈溶膠狀，得到質(zhì)量濃度為10%的磺化聚苯乙烯微球溶膠；
(3)制備載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯:
取(2)中磺化聚苯乙烯微球溶膠26 g與40ml的物質(zhì)的量濃度為3*10_4mOl/l的聚乙烯吡咯烷酮水溶液進(jìn)行混合，再向前述溶液中快速加入物質(zhì)的量濃度為1.8*10_1mol/l的[Cu (NH3)4]2+溶液3ml，于室溫下攪拌3小時(shí)后，加熱升溫到50°C繼續(xù)攪拌5小時(shí)，最終產(chǎn)物通過離心過濾、去離子水洗滌、干燥后即得到載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯。
實(shí)施例五:
(1)聚苯乙烯的制備:
將苯乙烯20.0g、PVP為9.5g、偶氮二異丁腈0.5g，與質(zhì)量濃度為80%的乙醇溶液300mL，一起加入帶有攪拌裝置和冷凝裝置的容器中，在室溫下通入氮?dú)?小時(shí)，趕出溶解在水中的氧氣后，加熱到70°C，攪拌反應(yīng)40小時(shí)，將生成的產(chǎn)物用乙醇洗滌、干燥24小時(shí)得聚苯乙烯；
(2)制備磺化聚苯乙烯微球溶膠:
取(I)制備的聚苯乙烯粉體3.0g，加入質(zhì)量濃度為96%濃硫酸30ml中攪拌加熱至30°C，反應(yīng)3小時(shí)，磺化后的聚苯乙烯通過離心過濾后用乙醇洗滌8次，再放入超純水中呈溶膠狀，得到質(zhì)量濃度為5%的磺化聚苯乙烯微球溶膠；
(3)制備載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯:
取(2)中磺化聚苯乙烯微球溶膠30g與40ml的物質(zhì)的量濃度為8*10_4mOl/l的聚乙烯吡咯烷酮水溶液進(jìn)行混合，再向前述溶液中快速加入物質(zhì)的量濃度為的[Cu(NH3)4]2+溶液15ml，于室溫下攪拌I小時(shí)后，加熱升溫到70°C繼續(xù)攪拌9小時(shí)，最終產(chǎn)物通過離心過濾、去離子水洗滌、干燥后 即得到載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯。將上述實(shí)施例1 一 5中所制備的載銅納米級(jí)導(dǎo)電PS材料按照GB/T 15562的測試方法進(jìn)行檢測各體積電阻率，具體數(shù)據(jù)見下表I。表1:實(shí)施例1 一 5中所制備材料的體積電阻率與粒徑
權(quán)利要求
1.一種制備載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)聚苯乙烯的制備: 將10-30g由苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮與偶氮二異丁腈按質(zhì)量比為50-100:5-30:1組成的物料與10-300ml的乙醇溶液加入帶有攪拌裝置和冷凝裝置的容器中，在室溫下通入氮?dú)獠簧儆?.5小時(shí)，然后攪拌反應(yīng)，將生成的產(chǎn)物用乙醇洗滌、干燥得聚苯乙烯； (2)制備磺化聚苯乙烯微球溶膠: 取(I)制備的聚苯乙烯粉體3g，加入30ml濃硫酸中攪拌加熱至30-50°C，反應(yīng)2_5小時(shí)，磺化后的聚苯乙烯通過離心過濾后用乙醇洗滌2-8次，再放入純凈水中呈溶膠狀，得磺化聚苯乙烯微球溶膠； (3)制備載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯: 取(2)中磺化聚苯乙烯微球溶膠l_30g與40ml的物質(zhì)的量濃度為3*10_4-8*10_4mol/l的聚乙烯吡咯烷酮水溶液進(jìn)行混合，再向前述溶液中快速加入3-20ml [Cu (NH3)4]2+溶液，于室溫下攪拌0.5-3小時(shí)后，加熱升溫到50-80°C繼續(xù)攪拌4-9小時(shí)，最終產(chǎn)物通過離心過濾、去離子水洗滌、干燥后即得到載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中，所述乙醇溶液的質(zhì)量濃度為70-98%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方 法，其特征在于:所述步驟(I)中所述攪拌反應(yīng)是在50-90°C下攪拌10-40小時(shí)；所述干燥時(shí)間為4-24小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中濃硫酸的質(zhì)量濃度為90-99%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中，磺化聚苯乙烯微球溶膠的質(zhì)量濃度為1-10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中純凈水為超純水、蒸餾水或去離子水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述步驟(3)中所述的[Cu(NH3)4]2+的物質(zhì)的量濃度為1.8*10^-5.9*10^mol/L.
全文摘要
本發(fā)明提供一種制備載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯的方法，包括先制備聚苯乙烯、磺化聚苯乙烯微球溶膠，最后再制備出載銅的納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯。本發(fā)明制備的載銅納米級(jí)導(dǎo)電聚苯乙烯外形為規(guī)則的球形，并具有單分散的性能，使聚合物的微球粒徑在納米至微米的范圍內(nèi)變化，從而可以制備不同粒徑的微球以滿足不同需求；具有成本低、導(dǎo)電性能高、電導(dǎo)率一致、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C08L25/06GK103087330SQ201310015168
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月16日
發(fā)明者楊桂生, 計(jì)娉婷 申請人:合肥杰事杰新材料股份有限公司