一种负载聚吡咯的导电性海绵及其制备方法和应用与流程

本申请涉及打印机辅助设备制备的和导电性海绵，尤其是涉及一种负载聚吡咯的导电性海绵及其制备方法和应用。

背景技术：

1、墨盒供粉辊是打印机中的为转印装置提供碳粉的重要部件，当供粉锟随感光鼓转到打印纸附近时，供粉锟中的碳粉带上感光鼓上的负电，同时纸张背面被施加转印高压，墨盒供粉辊上的碳粉在电场作用下被转印的打印纸上，然后打印纸上的碳粉通过消电和加热定影等步骤在纸上形成牢固的图文。

2、现有的墨盒供粉锟中的导电性海绵是通过将极细的石墨粉掺入到聚氨酯海绵中从而实现海绵整体的导电性，即将石墨粉与液体助剂相混合后再将海绵浸泡在助剂中，使用此方法时，为了让碳粉充分浸入聚氨酯海绵内部需要多次重复将海绵内的溶液助剂挤出后再浸泡。使用这种简单的共混方法对聚氨酯海绵进行改性存在着组分相容性差、各组分分布均一性不理想等缺点，会影响到产品的导电性及抗静电性能。此种技术方案的缺陷是很难将石墨粉均匀的分散到多孔质海绵内部的每个角落使形成具有均匀导电性的海绵，如果石墨粉在海绵内部分布不均，则导电性海绵各个部位对墨盒中碳粉的吸附能力不同，即供粉锟各部位吸附碳粉的量不同，这样会影响到最终打印纸上碳粉的量从而影响打印效果。因此形成具有均匀导电性的海绵一直是一个挑战。

技术实现思路

1、为了解决上述至少一种技术问题，开发一种具有均匀导电性的海绵，能将导电性均匀地赋予在多孔质聚氨酯海绵上从而制得导电均匀的海绵，进而提供具有优异碳粉供应效果的全新墨盒供粉辊。本申请提供一种负载聚吡咯的导电性海绵及其制备方法和应用。

2、一方面，本申请提供的一种负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、将聚氨酯海绵浸渍在含有苯磺酸亚铁的乙醇溶液中，之后取出，干燥；

4、s2、将干燥后的聚氨酯海绵浸泡在吡咯水溶液中，浸泡过程中保持反应体系温度恒定，海绵上生成黑色物质；

5、s3、反应结束后，用水和乙醇分别冲洗聚氨酯海绵，除去附着在聚氨酯海绵上的氧化剂溶液及其他液体杂质，清洗后再次进行干燥；

6、s4、依次重复上述s1、s2、s3中的操作，共重复3次，制得导电性海绵。

7、通过采用上述技术方案，聚氨酯内部渗透法，以聚氨酯弹性体为基体，将其浸渍于含有氧化剂的水溶液中，然后使浸渍过的聚氨酯置于含吡咯单体的溶液中，使吡咯单体在聚氨酯基体中发生氧化聚合反应，利用聚氨酯海绵的多孔的吸附特性，使生成的聚合物能够直接负载到聚氨酯海绵上，从而制备了聚氨酯/聚吡咯导电性海绵。所制得的导电材料具有独特的互穿网络结构，制备的导电复合材料导电性能稳定、电导率高。

8、可选的，所述步骤s1中，所述聚氨酯海绵的密度为70-90kg/m3、asker-f硬度为50-70°。

9、可选的，所述步骤s1中，所述乙醇溶液中乙醇含量为50wt％，所述苯磺酸亚铁的含量为15-23wt％。

10、可选的，所述步骤s1中，聚氨酯海绵的浸渍时间为5-10min。

11、可选的，所述步骤s1中，聚氨酯海绵的干燥温度设定为45-55℃。

12、通过采用上述技术方案，干燥过程中，吸附到聚氨酯海绵上的亚铁离子被空气中的氧气氧化为铁离子，将干燥温度设定为45-55℃有利于控制氧化产物生成铁离子，也有利于加速氧化反应进程。

13、可选的，所述步骤s2中，聚氨酯海绵在吡咯水溶液中浸泡反应时间为25-50min，所述吡咯水溶液中吡咯的含量为12-20wt％。

14、可选的，所述步骤s2中，聚氨酯海绵浸泡反应过程中，控制溶液温度在20-30℃。

15、通过采用上述技术方案，通过控制氧化聚合温度可以控制聚合反应的反应速度，促进生成链长度更长、单体间排布更加规整的聚合物，从而使吡咯在聚氨酯海绵表面负载得更加均匀，从而使制得的导电性海绵的导电性更加均匀。

16、聚吡咯的合成过程中，由亚铁离子被氧化后得到的铁离子作为引发剂会夺去吡咯单体上的氮原子的电子，使其发生质子化，然后通过链引发反应开始吡咯单体的聚合过程。磺酸基团在掺杂过程中作为电子受体从聚吡咯共轭π电子云中拉出电子，即是从价带中移出部分电荷，使聚吡咯分子链中形成移动载流子，从而降低聚吡咯能级，提高聚吡咯导电率。

17、苯磺酸作为掺杂酸，掺杂过程中，氢离子使吡咯单体上氮原子发生质子化从而使聚吡咯链上的被磺酸基团掺杂的掺杂段的价带上出线空穴，形成稳定离域形式的原子团；在外电场作用下，共轭π电子发生共振，聚吡咯链上的空穴便可在整个链段上移动，使聚吡咯表现出导电性。因此通过两种物质掺杂的协同作用，聚合物分子中分子链的堆积更加紧密，分子链间排列更规整，聚合物中的缺陷结构更少，更有利于载流子在链间的传导，从而增强了聚吡咯的电导率。磺酸基团掺杂在聚合物中能够赋予聚合物良好的离子性质，促进聚合物溶解在水溶液中，增强其导电性。

18、通过浸渍再干燥的方式使苯磺酸亚铁能够均匀吸附到海绵上，再次浸泡在吡咯溶液中时，海绵的多孔结构限制了反应进程，同时控制反应温度也实质上是在降低反应速度，从而使聚吡咯高分子能够在聚氨酯海绵中一层一层地生成和负载，保证了导电性海绵内部的聚吡咯负载的均匀性和有序性结构。同时发明人通过反复试验发现，当苯磺酸亚铁在乙醇溶液中含量为20wt％，吡咯水溶液为15wt％时，制得的导电性海绵的电导率最高同时电阻不均匀率最低。苯磺酸亚铁量的增加不会一直使聚吡咯的导电性增强，当增大到一定程度时，由于聚吡咯是负载在聚氨酯海绵上，铁离子或磺酸基团与聚苯胺的接触概率会降低，导电性则不升反降。之所以不像一般的氧化聚合反应向反应体系中加入强酸，是因为铁离子所处的环境已经是酸性环境，说明溶液中已经存在较多的氢离子，当溶液中氢离子过多时，多余的氢离子会降低主链电荷密度并提高反应速度，生成的聚吡咯分子链会变短，则导电通路变短，掺杂有效性低，会导致导电率下降。

19、第二方面，本申请提供了采用上述负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法制得的导电性海绵。

20、第三方面，本申请还提供了采用上述负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法制得的导电性海绵在墨盒供粉辊领域的应用。

21、将导电性海绵压入墨盒供粉辊的铁轴上，将导电性海绵研磨后制成墨盒供粉辊。

22、综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

23、1.通过化学方法在多孔质海绵内部形成聚吡咯导电性高分子，从而实现对聚氨酯海绵导电性的赋予，还能将导电性均匀地赋予在多孔质海绵上，形成均匀导电性海绵，从而提供具有优异碳粉供应效果的全新墨盒供粉辊。

24、2.本发明所应用的原材料价格低，生产成本较低，生产工序简单，制备的产品导电性较均匀且聚氨酯海绵上负载的聚吡咯高分子能够持久发挥作用，将其应用到打印机供粉辊上可以长时间使用。

技术特征：

1.一种负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述聚氨酯海绵的密度为70-90kg/m³，所述聚氨酯海绵的asker-f硬度为50-70°。

3.根据权利要求1所述的负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，所述乙醇溶液中乙醇含量为50wt%，所述含有苯磺酸亚铁的乙醇溶液中苯磺酸亚铁的含量为15-23wt%。

4.根据权利要求1所述的负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，聚氨酯海绵的浸渍时间为5-10min。

5.根据权利要求1所述的负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，聚氨酯海绵的干燥温度为45-55℃。

6.根据权利要求1所述的负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，聚氨酯海绵的浸泡时间为25-50min，所述吡咯水溶液中吡咯的含量为12-20wt%。

7.根据权利要求1所述的负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，聚氨酯海绵浸泡过程中，控制溶液温度在20-30℃。

8.一种采用权利要求1所述的负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法制得的导电性海绵。

9.一种权利要求8所述的负载聚吡咯的导电性海绵在墨盒供粉辊领域的应用，其特征在于，将导电性海绵压入墨盒供粉辊的铁轴上，将导电性海绵研磨后制成墨盒供粉辊。

技术总结
本申请属于打印机辅助设备技术领域和导电性海绵技术领域，本申请公开了一种负载聚吡咯的导电性海绵及其制备方法和应用。上述负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法包括以下步骤：（1）聚氨酯海绵浸渍苯磺酸亚铁的乙醇溶液并取出干燥；（2）聚氨酯海绵在吡咯水溶液发生聚合反应；（3）清洗干燥和重复操作后得到导电性海绵。本申请还公开了一种采用上述负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法制得的导电性海绵。上述导电性海绵的应用是将其制成打印机供粉辊。本申请提供的负载聚吡咯的导电性海绵的制备方法，可以将导电性均匀地赋予在多孔质海绵上，形成均匀导电性海绵，从而提供具有优异碳粉供应效果的全新墨盒供粉辊。

技术研发人员：天野公辅,马娟
受保护的技术使用者：天贵电子科技（深圳）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16