低逾渗值聚合物基导电复合材料的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种低逾渗值的聚合物基导电复合材料的制备方法。背景技术
在聚合物基体中加入导电炭黑制备导电复合材料时，复合材料的电导率在一定炭黑浓度范围内的变化是不连续的，在某一炭黑浓度下电导率会发生突变，即当炭黑浓度达到一定值时，炭黑在聚合物基体中形成连续的导电链(炭黑粒子的导电逾渗网格)，此时炭黑粒子的临界体积分数被称为逾渗值。对于导电复合材料来说，逾渗值大，意味着要加入更多的导电填料，这可能使得材料的加工变得困难，力学性能受到影响。例如，高逾渗值的导电复合材料作为PTC材料使用时会出现NTC现象，并且，高逾渗值的PTC材料在生产时会对机器造成相当大的磨损，这些在工业应用中是非常不利的。
近年来，人们对如何降低导电复合材料的逾渗值进行了广泛的研究。目前一般认为双逾渗行为(用两种以上的聚合物作为基体和炭黑共混)是降低逾渗值的较好方法，如美国《Polymer engineering and science》1996年第36卷第10期在1336-1345页上用半结晶的聚丙烯和尼龙作为聚合物基体，在高温熔融下与炭黑共混制的了逾渗值为2％-5％的导电复合材料。中国《功能高分子学报》1995年第8卷第1期在48-54页上用低密度聚乙烯和弹性体氯化乙烯与炭黑共混，制备的导电材料地逾渗值约为10％。但在这类体系中，聚合物基体间的相容性差，材料的加工性能和力学性能不好，稳定性低。而对于以单一聚合物为基体的复合体系，现有技术一般采用溶液共混或机械共混，得到的逾渗值一般都在15％左右。发明内容
本发明的目的是提供一种以单一聚合物为基体制备低逾渗值导电复合材料的方法，该方法工艺简单，成本低廉，制得的导电复合材料稳定性好。
本发明的上述目的是通过以下方法实现的：在室温下向浓度为10％-30％的聚氨酯乳液中，加入粒径为10-100nm的导电炭黑，并使得炭黑在导电复合材料中的含量为0.1％-30％，高速搅拌使炭黑分散均匀，在此过程中加入少量消泡剂，待炭黑完全均匀分散在聚氨酯乳液中即停止搅拌，然后，将此混合液涂敷在具有梳形电极的环氧板上于室温下自然干燥即可得到低逾渗值导电复合材料。
在上述发明方法中使用的聚氨酯乳液可用以下方法制备：将聚多元醇(聚酯型或聚醚型)、异氰酸酯(芳香族或脂肪族)和亲水扩链剂按比例1∶1.1∶0.08或1∶1.2∶0.12在65-80℃下反应制成预聚体，用成盐剂中和，然后将预聚体分散在水中，并用扩链剂扩链。通过对反应原料的种类和比例进行调节，可以制备微观结构不同以及乳胶粒径大小和分布不一的聚氨酯乳液。
消泡剂可采用有机硅类消泡剂。亲水扩链剂可采用二羟甲基丙酸及二羟基半酯。
采用本制备方法，选择不同类型(即聚酯型或聚醚型)的聚氨酯乳液可制备不同逾渗值的导电复合材料。选择乳胶粒径大小及分布不同的聚氨酯乳液可制备不同逾渗值的导电复合材料。
本发明的优点在于：由本发明所采用的乳液共混法，可制得逾渗值为0.2％-10％的聚合物基导电复合材料。此外，本方法工艺简单，成本低廉，无污染，安全环保。制得的导电复合材料渗滤值低，加工性能和力学性能良好，材料稳定性高。用本发明方法制备的导电复合材料，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。如作为气敏材料，可用于气相分离膜、气体传感器；作为PTC材料，可用于自动控制、面发热体等。具体实施方式
实施例一
室温下将粒径为50nm的导电炭黑缓慢加入到浓度为1 5％聚醚型聚氨酯乳液中，聚氨酯乳液的粒径约为290nm，加入少量消泡剂，高速搅拌至炭黑完全均匀分散在聚氨酯乳液中为止，然后，将此混合液涂敷在具有梳形电极的环氧板上于室温下自然干燥。此法制得的导电复合材料的逾渗值为0.3％。
实施例二
室温下将粒径为50nm的导电炭黑慢慢加入到浓度为15％聚酯型聚氨酯乳液中，聚氨酯乳液的粒径约为280nm，加入少量消泡剂，高速搅拌至炭黑完全均匀分散在聚氨酯乳液中为止，然后，将此混合液涂敷在具有梳形电极的环氧板上于室温下自然干燥。此法制得的导电复合材料的逾渗值为0.5％。
实施例三
室温下把粒径为50nm的导电炭黑缓慢加入到浓度为1 5％的聚醚型聚氨酯乳液中，聚氨酯乳液的粒径约为240nm，加入少量消泡剂，搅拌至炭黑完全均匀分散在聚氨酯乳液中为止，然后，将此混合液涂敷在具有梳形电极的环氧板上于室温下自然干燥。此法制得的导电复合材料的逾渗值为0.6％。
实施例四
室温下把粒径为50nm的导电炭黑缓慢加入到浓度为15％的聚醚型聚氨酯乳液中，聚氨酯乳液的粒径约为770nm，加入少量消泡剂，搅拌至炭黑完全均匀分散在聚氨酯乳液中为止，然后，将此混合液涂敷在具有梳形电极的环氧板上于室温下自然干燥。此法制得的导电复合材料的逾渗值为0.5％。