[发明专利]一种阳离子型水性聚氨酯/聚吡咯导电复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电复合材料的制备方法，具体涉及一种阳离子型水性聚氨酯/聚吡咯导电复合材料的制备方法。

背景技术

自20世纪以来，随着聚氨酯工业的快速发展，聚氨酯材料应用的日趋广泛、深入，在某些特殊领域中，需对其进行功能化，使其具有一种或多种特殊功能（如导电性、降解性等）。聚氨酯/聚吡咯复合导电材料既具有聚氨酯材料的耐磨性、韧性等优异性能，又具有聚吡咯材料的导电性。其在诸多领域如抗静电材料、电磁屏蔽、储能设备、传感器等均体现出潜在的优势及应用前景。

聚氨酯/聚吡咯复合导电材料的制备方法主要有物理共混法、聚氨酯内部渗透法、溶液混合法、包裹法和电化学聚合法等。

物理共混法即将导电聚吡咯与多元醇的混合物超声分散后，与MDI混合，制备出聚氨酯/聚吡咯复合导电材料。该法生产工艺简单，但由于组分间的相容性差，且混合均一性不理想，很大程度上影响了产品的电导性能、机械性能和稳定性。

聚氨酯内部渗透法以聚氨酯弹性体、聚氨酯泡沫为基体，将其浸渍于含有氧化剂（I₂、Fe³⁺、Cu²⁺、过硫酸铵等）的水溶液中，然后使浸渍过的聚氨酯置于含吡咯单体的气体或溶液中，使吡咯单体在聚氨酯基体中产生化学氧化聚合，从而制备了聚氨酯/聚吡咯复合导电材料。该法所制导电材料具有独特的互穿网络结构，有利于实现导电组分功能高效化，但在使用过程中，由于摩檫、洗涤等原因，使该导电材料长期抗静电效应相对较差。

溶液混合法是先合成3-位上带有较长链取代基的吡咯衍生物,再使其聚合，从而改善聚吡咯在有机溶剂或水中的溶解性，以制得可溶性聚吡咯溶液；并在溶液中加入质子供给体使其与聚氨酯形成氢键结合，从而得到聚氨酯/聚吡咯导电复合材料。但该类单体衍生物合成较难，所得到的聚吡咯衍生物导电性较低。

包裹法是在聚氨酯预聚体或其溶液中进行吡咯的聚合，以在聚氨酯表面包裹导电组分聚吡咯，而得到聚氨酯/聚吡咯导电复合材料。该方法有利于提高组分相容性，实现高效电导性，但制备过程中需使用大量有机溶剂。

电化学法是通过恒电势聚合技术在PU膜包裹的铂电极表面采用电氧化进行吡咯的聚合，以制备聚氨酯/聚吡咯复合膜。该法可制得高纯度聚吡咯薄膜材料，并可以通过改变电解条件来调控导电复合物的性能；但不适用于大规模生产，所制导电材料得率严重受限于电极的面积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阳离子型水性聚氨酯/聚吡咯导电复合材料的制备方法，实现了对水性聚氨酯分散体的导电功能化，环境友好，该方法制备的导电复合材料导电性能稳定、电导率高。所制产品颗粒粒径处于纳米级，性能优良，通过配方调整，其既可用于导电材料，亦可用于抗静电、电磁屏蔽材料等领域。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1）首先，按质量份数向干燥反应器中加入10~40份的聚合物多元醇，于110~120℃真空脱气1~2小时，然后通入氮气降温至60℃；

2）其次，在搅拌下向反应器中加入5~30份的有机溶剂、5~30份的异氰酸酯类单体或其混合物，60℃下保温反应1~4小时，加入0.5~8份的阳离子型亲水扩链剂，调节体系温度为50~80℃，并在此温度下保温反应1~4小时后，将体系温度冷却至20~50℃；

3）然后，向反应器中加入2~10份的酸类成盐剂和25~400份的水，搅拌分散0.5小时，将体系温度调至0~80℃，向体系中加入5~15份氧化剂的水溶液，并用酸溶液将体系pH值调为1~4；

4）最后，加入1~10份经减压蒸馏处理过的吡咯，继续保温反应1~8小时，得到阳离子型水性聚氨酯/聚吡咯导电复合材料。

所述有机溶剂为N,N-二甲基甲（乙）酰胺、N-甲基吡咯烷酮、丙酮、丁酮、异丙醇中的一种或两种任意配比的混合物。

所述聚合物多元醇为分子量介于800~3000之间的聚己二酸己二醇酯、聚己二酸丁二醇酯、聚己二酸乙二醇酯、聚己二酸新戊二醇酯、聚己内酯二醇、聚己内酯戊三醇、聚碳酸酯二醇、聚丙烯酸酯多元醇；聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚己二醇、聚四氢呋喃二醇中的一种或两种任意配比的混合物。

所述异氰酸酯类单体为六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、三甲基六亚甲基二异氰酸酯（TMDI）、苯二亚甲基二异氰酸酯（XDI）、二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）、十二烷基苯-2,4-二异氰酸酯、反-1,4-环己基二异氰酸酯中的一种或两种任意配比混合物。