[发明专利]一种导电塑料的制备方法

说明书

本发明属于应用化学技术领域，特别涉及本征导电聚合物合成并使粉末态热塑性塑料表面导电化，再加工成导电性塑料制品的技术。

到目前为止，导电塑料主要是以塑料为基体与一定量的导电性填料复合而成的。这些导电性填料大致可以分为如下几类：

1、金属系：如银粉、镍粉、不锈钢纤维等;

2、碳素系：如乙炔碳黑、碳纤维、石墨;

3、本征导电聚合物系：如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等，这类聚合物经掺杂后，可呈高导电性。

对于金属系导电塑料来说，其导电性能好，但导电性填料添加量一般较高，使得塑料基体原有的力学性能的保持率较低，尤其是比重增加而丧失了塑料具有的比强度高的特点，且成本很高。

对于碳素系导电塑料而言，其导电性尚佳，比重也小，但导电性填料添加量也很高，除了增加成本之外，最大的弱点是对于基体塑料原有的力学性能的保持率很低。

本征导电聚合物是一类具有共轭双键结构的高分子材料，经掺杂后可呈现高导电性。其特殊的电学、电化学、光学性能等使其在许多工程技术领域有着广泛的应用前景。有关的研究与开发工作十分活跃。但是，纯的本征导电聚合物，因其加工性不良，力学性能甚差，几乎丧失了工程意义上“塑料”的特性。因此，从利用其“导电性”的角度出发，现有技术大都将其作为导电性填料与通常的塑料复合而构成导电塑料。有研究表明，与碳素系导电性填料相比，在导电性接近的情况下，本征导电聚合物的填充量较低，且基体塑料原有的力学性能的保持率较高，但优势仍然不明显，因为本征导电聚合物成本过高，而且要达到与纯的本征导电聚合物导电性接近的水平，填充量一般高达按体积百分比计的30～50%，这时加工成导电性塑料制品已较困难。至今这类导电塑料，仍然无法工业化。

本发明的目的在于避免上述背景技术的不足之处，提供一种利用本征导电聚合物合成并沉积到粉末态热塑性塑料粒子表面，使其表面导电化，然后再采用模压、注射、挤出等典型的塑料制品加工方法，直接制成导电性塑料制品的技术。该制备方法所得产品因本征导电聚合物的含量极低而电导率高，故使成本大幅度下降，并且基体塑料原有的力学性能、加工性能等保持率极高，可望能加速大规模工业化进程。

本发明的目的是通过以下措施来实现的：

导电塑料的制备方法包括如下工艺步骤：

步骤1：反应溶液的配制

反应溶液由以下组份配制而成：

（1）指对氧化剂、掺杂剂溶解性良好，而对待处理的塑料粉末无溶解性的溶剂，如水或醇类或酮类或酯类或腈类及其它的混合溶剂;

（2）在反应溶液中的浓度为0.01～3摩尔/升的氧化剂，如三价铁盐或二氯化铜或过硫酸盐或重铬酸盐或硝酸铈铵或高锰酸钾或三碘化钾;

（3）在反应溶液中的浓度为0～5摩尔/升的掺杂剂，如对甲苯磺酸及其钠盐或高氯酸盐或质子酸或氯化亚铁或氟硼酸盐;

步骤2：粉末态热塑性塑料粒子表面导电化

由粉末态热塑性塑料、反应溶液和反应单体组成三元反应体系，该反应体系按体积百分比计的投料比为1∶98.9∶0.1～40∶40∶20，投料后充分搅拌，在-20℃～100℃的温度下，反应5分钟～24小时，反应完毕后，经分离干燥备用;

粉末态热塑性塑料是指颗粒直径在10^-4～1毫米范围内的聚酰胺、聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸酯及其共聚物、聚氯乙烯及其共聚物、聚苯乙烯及其共聚物、聚乙烯及其共聚物、聚丙烯、聚丙烯腈及其共聚物、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、聚三氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚甲醛、聚苯硫醚、聚碳酸酯、聚酯等;

反应单体是指吡咯及其衍生物、噻吩及其衍生物、苯胺及其衍生物;

步骤3：表面导电化的粉末态热塑性塑料的成型

采用模压、注射、挤出等典型的塑料加工方法，将表面已导电化的粉末态热塑性塑料加工成所需的导电性塑料制品。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1、本法制备的导电性塑料制品的导电率可接近纯的本征导电聚合物的水平。

2、在保持较高电导率的前提下，本征导电聚合物含量可降至只占按体积计的1～2%，故使成本大幅度下降。

3、基体塑料原有的各种性能（如力学性能、加工性能等）的保持率极高。

4、因为表面导电化的粉末态热塑性塑料的成型工艺条件，如温度、时间、压力等与原来的粉末态热塑性塑料相同，因此该制备方法与典型的塑料合成及其加工工艺有良好的兼容性且适应性广，有利于实现大规模工业化生产。

5、本法制备而成的导电性塑料不仅可用作轻质高强的防静电材料，而且可用于电磁屏蔽材料、微波吸收材料、塑料制品的电镀等。