复合型导电高分子

1、复合型导电高分子的性能、制备及研究摘要：介绍了复合型导电高分子的特性、共混和填充复合型导电高分子的性能、 制备方法及其技术进展。指出了它们的研究方向和应用前景。关键词：复合型导电高分子；导电性能；共混；填充通常，高分子材料的体积电阻率约为101。102。Qci之间，因而被大量用 作绝缘材料。随着现代电子工业和作息技术等产业革命迅速发展，越来越需要具 有导电功能高分子材料。导电高分子由于其具有重量轻、易加工各种复杂形状以 及电阻率在较大范围内可调等特点，在防静电、电磁屏蔽、微波吸收、电化学及 催化等领域得到广泛的应用。导电高分子按其结构组成和制备方法的不同可分为结构型和复合型两大类。目前，复合型

2、导电高分子材料所采用的复合方法主要有两种：一种是将亲水 性聚合物或结构导电高分子与基本高分子进行共混，另一种则是将各种导电填料 填充到基体高分子中。1共混复合型导电高分子基体高分子与亲水性聚合物或结构型导电高分子组成的共混物，不仅具有较 好的导电性能和永久抗静电性能，而且其力学性能也得到明显地改善。1.1与亲水性聚合物共混【L 2作为亲水性聚合物，目前以聚氧化乙烯(PEO)的共聚物占多数，这可能与PEO 同基体高分子相容性较好有关。此外，还有聚乙二醇-甲基丙烯酸共聚物、聚乙 二醇体系-聚酰胺或聚酯酰胺，环氧乙烷-环氧丙烷共聚物以及含有季铵盐基因的 甲基丙烯酸酯类共聚物等。日本Asahi公司将A

3、BS、HIPS与亲水性PA共混制得两种高性能抗静电复 合材料Adion A和AdionH,尤其是后者在相对湿度较低的条件下也表现出较强 的抗静电能力，且不受水洗和擦拭等影响。在相对湿度为50 %、温度为23 C的 环境中保存4年后，抗静电性能无变化，机械性能不低于普通HIPS,其它性能 则与普通HIPS相同。三洋化成工业公司开发的以聚醚为主的特殊嵌段共聚物与 PMMA、ABS和PA等基体高分子组成的共混物也具有永久抗静电效果，且相 容性较好。Goodrich公司研制的永久抗静电母料ST AT -RITE C-2300非常引人 注目，其化学组成可能是以PEO-ECH （表氯醇）共聚物为主要成分的

4、高分子合金。 当添加量为15 %20 %时，与PVC、PC、PET及PS系列基体高分子制成的复 合材料具有永久性抗静电能力，且价格低廉，热稳定性好。许多学者研究了基体高分子与亲水性聚合物PEO （或其共聚物）组成的共混 体系的形态结构3, 4。结果表明，亲水性聚合物在特殊相容剂存在下，经较低的 剪切力拉伸后，在基体高分子表面呈微细的筋状，即层状分散结构，而中心部分 则接近球状分布。1.2与结构型导电高分子共混这种共混技术就是采用机械或化学方法将结构型导电高分子和基体高分子 进行复合，这是一条使结构型导电高分子走向实用化的有效途径。机械共混是制备高分子合金及复合材料的常用方法。将结构型导电高分

5、子与基体高分子在一定条件下混合后成型，可以获得具有多相结构特征的复合型 导电高分子。它的导电性能由导电高分子的“渗流途径”决定，一般当导电高分子 质量含量为2 %3 %时，其体积电阻率为107109 Qcm，可以作为抗静电材料 使用。若将结构型导电高分子和基体高分子达到微观尺度内的共混，则可以获得具 有互穿或部分互穿网络结构的复合型导电高分子，通常采用化学法或电化学法进 行制备。化学法制备的基本原理是基于某些结构型导电高分子单体可在FeCl3和 CuCl2等氧化剂作用下进行氧化缩聚，即先将单体或氧化剂预浸到基体高分子上， 然后在气相或液相条件下进行氧化聚合反应。2填充复合型导电高分子这种导电高

6、分子通常是将不同的无机导电填料掺入到普通的基体高分子中， 经各种成型加工方法复合制得。导电填料的品种很多，常用的可分成炭系和金属 系两大类。炭系填料包括炭黑、石墨和碳纤维等；金属系主要有铝、铜、竦、铁 等金属粉末、金属片和金属纤维。此外，还有镀金属的纤维和云母片等7。目 前研究和应用较多的是由炭黑颗粒和金属纤维填充制成的复合型导电高分子。2.1炭黑填充型导电高分子炭黑是天然的半导体材料，其体积电阻率约为0.110 Qcm。它不仅原料易 得，电性能持久稳定，而且可以大幅度调整复合材料的电阻率（1108Qcm）。 因此，由炭黑填充制成的复合型导电高分子是目前用途最广、用量最大的一种导 电材料。它主

7、要用于抗静电材料，也可以作为面状发热体、电极材料及电磁屏蔽 材料等。炭黑填充型导电高分子的导电机理比较复杂，主要有导电通道、隧道效应 和场致发射学说。通常，炭黑以粒子形式均匀分散于基体高分子中，随着炭黑 填充量的增加，粒子间距缩小，当接近或呈接触状态时，便形成大量导电网络通 道，导电性能大大提高，继续增加炭黑用量则对导电性影响不明显。炭黑的导电 性能与其结构、比表面积和表面化学性质等因素有关。炭黑的结构性越高（如乙 炔炭黑）、比表面积越大（粒径越小）、表面活性基团含量越少，则导电性能越好。 此外，成型工艺对炭黑填充高分子的导电性能也有影响，具体顺序为：流延吹 塑注射挤出层压。这是由于炭黑粒子在

8、不同成型过程中所受剪切作用及流 动情况不同而导致其分散和取向程度不同所致。近年来，围绕提高炭黑填充高分子的导电性能进行了大量的研究。例如， 填充前对炭黑进行高温热处理，不仅可以增加炭黑的比表面积，还可以改善其表 面化学性能。用钛酸酯偶联剂处理炭黑表面，在改善复合体系导电性能的同时， 还能提高熔体流动性和材料的力学性能。在填充复合过程中，添加适量的分散剂 或表面活性剂，可以防止炭黑粒子的聚集，从而使之在基体高分子中能够均匀分 散。将炭黑与高分子的化学接枝物作为母粒，再与其它的基体高分子进行复合， 则可以显著提高材料的导电性能，而且导电稳定性也得到改善。与此同时，对于具有较高导电性能的超细、多孔、

9、专用的新品级炭黑的研制 与开发也倍受重视。2.2金属纤维填充型导电高分子金属纤维优良的导体，尤其是将金属纤维填充到基体高分子中，经适当混炼 分散成型加工后，可以制得导电性能优异的复合型导电高分子材料，其体积电阻 率约为10-31 Qcm。由于这类材料比传统的金属材料质量轻、容易成型且生产 效率高，因此是近年来最有发展前途的新型导电材料和电磁屏蔽材料，国外已广 泛用作电子计算机及其它电子产品的壳体材料。金属纤维的填充量对导电性能的影响规律与炭黑填充的情形相类似，但由于 纤维状填料的接触几率更大，因此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率。目前，国外开发和应用较多的金属纤维是黄铜纤维，其次是不锈

10、钢纤维和铁 纤维，日本日立化成工业公司研制黄铜纤维，其长度是215 mm，直径40 120叩，很容易与基体高分子混炼。填充体积分数为10 %时，体积电阻率小于10-2 Qcm，屏蔽效果可达到60 dB。不锈钢纤维作填料不仅强度高，在成型过程中不 易折断，能保持较大的长径比，而且抗氧化性好，能保持导电性能持久稳定。3结束语复合型导电高分子是一种既具有普通高分子特性，又具有一定导电功能的新 型功能材料。随着现代科学技术和电子工业的迅速发展，这种新型材料的需求量 将会越来越大。对于共混复合型导电高分子，在不影响其导电性能的前提下，应 尽可能减少亲水性聚合物或结构型导电高分子的用量，以降低成本，优化复合工 艺，从而开发出各种综合性能优异的抗静电材料。填充复合型导电高分子研究的 关键是降低炭黑的填充量，开发高导炭黑或提高填料的改性效果；金属纤维则在 降低价格的同时，还应注重加工技术及其混炼工艺研究。这类材料开发的方向应 放在以炭黑等填料填充的抗静电材料或面状发热体和以金属纤维填充的电磁屏 蔽材料上，使填充复合型导电高分子形成一个完整的产品系列。可以相信，随着 应用基础研究的不断深入，复合型导电高分子将具有十分广阔的发展前景。参考文献1张福强等.塑料科技,1996(1): 5王克智.塑料科技，1996( 4): 42Utracki L A. Polym Plast Technol