专利名称：一种导电高分子材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及导电高分子复合材料领域，具体地说涉及一种含有低含量导电填料的导电高分子材料及其制备方法。
背景技术：
导电高分子复合材料是把导电物质添加到高分子材料中而形成的多相复合材料。通过分散复合、层压复合以及形成表面导电膜等方式构成的一种功能高分子材料。表征导电高分子复合材料的一个重要的参数就是渗滤阈值。在聚合物基体中加入导电填料制备导电复合材料时，复合材料的电导率在一定导电填料浓度范围内的变化是不连续的，当填料含量的增加，电阻率缓慢下降，当填料含量达到某一临界值时，复合体系的体积电阻率突然急剧减小，填料含量的微小增加就会导致电阻率发生突变，即导电填料粒子可以相互接触或足够接近，通过隧道效应或电子跃迁形成连续的导电通路或导电网络，此时导电填料的临界体积分数被称为渗滤阈值。聚合物的熔融指数又称为熔体流动速率，其定义为在规定条件下，聚合物熔体10min通过标准口模毛细管的质量，用MFR表示，单位为g/10min。熔体流动速率可表征热塑性塑料在熔融状态下的粘流特性，对保证热塑性塑料及其制品的质量，对调整生产工艺，都有重要的指导意义。
导电物质包括金属纤维、碳黑、碳纳米管等。例如名称为“导电复合材料”的中国专利200510055197.X公开了通过用一种金属纤维和另外一种低熔点的金属作为复合导电填料加入到一种热塑性树脂里来制备一种导电复合材料的方法。该方法不足之处在于作为导电填料的金属容易被氧化，经过一段时间后会使导电材料的导电性能不稳定。
无机导电填料性能较为稳定，如碳黑和金属氧化物等。对于导电复合材料来说，渗滤阈值大，意味着要加入更多的导电填料，这可能使得增加体系的熔体粘度，加工性能变差，降低材料的冲击强度，力学性能受影响。例如，高渗滤阈值的导电复合材料作为PTC材料使用时会出现NTC现象，并且，高渗滤阈值的PTC材料在生产时会对机器造成相当大的磨损，从而影响其加工性能。以单一聚合物为基体的复合体系，通常要填充15％～20％质量份数的碳黑。例如名称为“聚烯烃/碳黑PTC导电复合材料及其制备方法”的中国专利03135951.5公开了通过用一种聚烯烃和碳黑按一定比例制备导电复合材料的方法。这种方法不足之处在于使用的碳黑含量超过了20％的质量分数，其复合材料体系的渗滤阈值比较大，而且还需要对复合材料体系进行微波辐射。碳黑如此高的填充会带来一些不利的影响，如增加体系的熔体粘度，加工性能变差；降低材料的冲击强度；碳黑粒子易脱落，造成洁净室的污染等。对体系进行微波辐射，使得制备工艺增加，材料的成本加高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种导电高分子材料及其制备方法，以解决现有技术中的缺陷。
本发明是利用“双导电渗滤阈值”的理论和聚合物流变学原理，以熔融指数差别较大的两种聚合物为基体与导电填料共混制备导电高分子复合材料。与传统的单一聚合物与导电填料所形成的导电聚合物相比，本发明不要求导电粒子完全均匀的分散在聚合物中，而是大部分导电粒子优先分布在其中一种聚合物中或者在两种聚合物的界面处，从而形成导电通道，达到降低复合材料的渗滤阈值的目的。所以利用该原理制备的导电高分子复合材料，具有较低的导电粒子填充量。
本发明首先提供了一种导电高分子材料，该材料包含聚合物共混物和导电填料；其中导电填料的重量百分比含量为2％-15％；其中所述的聚合物共混物为熔融指数相差50％以上的两种或两种以上聚合物的共混物，其中聚合物为低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙(nylon)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲聚酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)；其中所述的导电填料是粒径范围为10-100nm的导电碳黑(CB)、导电氧化锡(SnO)或导电氧化锌(ZnO)，或者是直径为1-50nm的纳米碳纤维(CF)或纳米碳管(CNT)。
本发明还提供制备上述导电高分子材料的方法，该方法为通过双螺杆挤出机或密炼机将组份共混进行熔融，熔融温度比所用的聚合物共混物中熔点最高的聚合物的熔点高10-50℃(一般为170～280℃)，时间为10-20分钟。
并且通过改变所用聚合物和导电填料的共混顺序可以获得不同种类的不同渗滤阈值的导电材料。当所用聚合物中的单一聚合物与导电填料共混所得到的渗滤阈值最低的导电材料的那种聚合物先与导电填料共混，再添加其他聚合物共混所制得的导电材料的渗滤阈值最低。
本发明制备的的优点在于制得的导电复合材料渗滤阈值低，稳定性好，工艺简单，成本低廉，无污染，安全环保。加工性能和力学性能良好，材料稳定性高，可作为抗静电和导电材料、气敏探测器、气体传感器、电磁波屏蔽材料，可在生物医学、化学化工以及环境科学等领域具有广泛的应用前景。
具体实施例方式
实施例1当聚丙稀和低密度聚乙烯为40/60时，将粒径为30-40nm的碳黑和低密度聚乙烯以及聚丙稀在密炼机中熔融共混15分钟，熔融温度为190℃，所得的复合材料的渗滤阈值为7.11％。
实施例2当聚丙稀和低密度聚乙烯为80/20时，将粒径为10-20nm的碳黑和低密度聚乙烯以及聚丙稀在密炼机中熔融共混13分钟，熔融温度为180℃，所得的复合材料的渗滤阈值为4.87％。
实施例3当聚丙稀和低密度聚乙烯为80/20时，先将低密度聚乙烯与粒径为70-80nm的碳黑在在密炼机中熔融共混6分钟，再加入聚丙稀熔融共混6分钟，熔融温度为185℃，所得的复合材料的渗滤阈值为4.27％。
实施例4-11实施例4-11方法同于实施例3，其参数见下表
实施例12-15实施例12-15方法同于实施例3，其参数见下表
权利要求
1.一种导电高分子材料，其特征在于该材料包含聚合物共混物和导电填料；其中导电填料的重量百分比含量为2％-15％；其中所述的聚合物共混物为熔融指数相差50％以上的两种或两种以上聚合物的共混物；其中聚合物为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、尼龙、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲聚酯、对丙二甲酸乙二酯或聚对丙二甲酸丁二酯；其中所述的导电填料是粒径范围为10-100nm的导电碳黑、导电氧化锡或导电氧化锌，或者是直径为1-50nm的纳米碳纤维或纳米碳管。
2.一种制备权利要求1所述的导电高分子材料的方法，其特征在于该方法为通过双螺杆挤出机或密炼机将组份共混进行熔融，熔融温度比所用的聚合物共混物中熔点最高的聚合物的熔点高10～50℃，时间为10-20分钟。
全文摘要
本发明公开了一种导电高分子材料及其制备方法，该复合材料是由两种或两种以上具有熔融指数相差50％以上的聚合物与导电填料通过机械熔融共混而成。本发明制备的复合材料的渗滤阈值较低，材料的加工性能和力学性能良好，稳定性高。此外，加工工艺简单，成本低廉，安全环保。
文档编号C08L77/00GK1948381SQ20061011763
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月27日 优先权日2006年10月27日
发明者张清华, 熊辉, 李伟, 陈大俊 申请人:东华大学