一種含碳納米管的導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種含碳納米管的導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法，本發(fā)明專利技術(shù)的一種含碳納米管的導(dǎo)電復(fù)合材料，其組分包括：碳納米管（CNTs）、分散劑聚合物和基體聚合物。該方法包括：（1）將CNTs與作為分散劑的含苯環(huán)和腈基的聚合物切片按質(zhì)量比（5-50）∶（95-50）混合均勻后用雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠出、造粒制備得到母粒；（2）將制備得到的母粒與純熱塑性聚合物切片按質(zhì)量比（2-40）∶（98-60）加入雙螺桿擠出機(jī)中，同時應(yīng)滿足CNTs的含量為1～20%，然后熔融共混擠出制備得到導(dǎo)電復(fù)合材料。本發(fā)明專利技術(shù)制備工藝簡單，無需對CNTs進(jìn)行共價改性，不會破壞其結(jié)構(gòu)，且分散性好，所得復(fù)合材料CNTs含量高、導(dǎo)電性能好。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及，特別是涉及一種含碳納米管的導(dǎo)電母粒及其制備方法和，更具體地是涉及將一類同時含有芳環(huán)和腈基的聚合物作為分散劑聚合物通過非共價改性方法制備出高碳納米管含量的母粒及利用該母粒制備復(fù)合材料的方法。
技術(shù)介紹
碳納米管(CNTs)具有的獨(dú)特結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的力 學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能，使其在提高聚合物力學(xué)性能及制備導(dǎo)電復(fù)合材料、導(dǎo)電復(fù)合纖維中具有廣泛的應(yīng)用前景。因此，利用CNTs制備導(dǎo)電復(fù)合材料迅速成為研究熱點(diǎn)。白樹林等(中國專利ZL 201010175050. 5)將CNTs與純高聚物同時加入擠出機(jī)中制備出CNTs填充導(dǎo)電熱塑性高聚物初級母粒，其中CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 1-20. 0%。然后采用熔融侵潤法制備不銹鋼纖維填充高聚物二級母粒。最后將上述初級母粒、二級母粒和純高聚物切片混合共同注塑成導(dǎo)電高聚物材料。劉克美等(中國專利申請公開號CN102399418A)先將金屬鋁微細(xì)粉、碳納米管、活性竹炭粉、活化海泡石、硫化銀按照質(zhì)量比(1-3):1 (O. 5-1. 5) (0. 4-2) (0. 01-1)混合均勻，研磨后得到粒徑不大于15 μ m的導(dǎo)電改性材料，然后將上述導(dǎo)電改性材料加入到聚酯熔體中，攪拌均勻后，擠出造粒，得到CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 35 13. 75%的導(dǎo)電抗菌聚酯母粒。易慶峰等(中國專利申請公開號CN 101870812A)將CNTs、納米蒙脫土、相容增韌劑和尼龍66混合，用密煉機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)制備得到導(dǎo)電母粒，其中CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10. (Γ30. 0%。然后將母粒與尼龍66、相容增韌劑、抗氧劑、成核劑和潤滑劑混合，經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)擠出制備得到導(dǎo)電尼龍材料。但是CNTs的獨(dú)特結(jié)構(gòu)在賦予其眾多優(yōu)異的性能的同時也限制了其應(yīng)用。CNTs表面具有大η鍵，缺陷少，缺乏活性基團(tuán)，使其表面既不親水也不親油，很難在各種溶劑或聚合物熔體中分散和溶解。此外，CNTs具有大的比表面積、長徑比和較強(qiáng)的范德華力，使其易團(tuán)聚或纏繞。因此，為了改善CNTs在聚合物中的分散性，通常需要對其進(jìn)行共價改性(中國專利ZL 200610118122. 6 ；Zhao X. D. , Lin ff. R. , Song N. H. , et al. J. Mater.Chem.，2006，16:4619-4625 ；)或非共價改性(中國專利ZL 200810159180)。共價改性，通常指利用CNTs表面或末端位置上的缺陷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成特定的官能團(tuán)或接上功能性分子；非共價改性，指利用CNTs表面的疏水性表面和π電子結(jié)構(gòu)與其它分子通過疏水力、π-堆疊等弱相互作用結(jié)合，使可溶性的有機(jī)分子纏繞或吸附在CNTs的表面。這兩種改性方法在含CNTs的導(dǎo)電復(fù)合材料的制備中均得到了廣泛的應(yīng)用。在采用共價改性方法制備導(dǎo)電復(fù)合材料方面，錢琦等(中國專利ZL200510024522. 6)首先對CNTs進(jìn)行硝酸氧化結(jié)合球磨表面處理，然后與聚乙烯、馬來酸酐接枝聚乙烯、偶聯(lián)劑和抗氧劑在二甲苯中混合得到混合料，再將得到的混合料與三元乙丙橡膠、交聯(lián)劑、助交聯(lián)劑采用熔融共混制備得到抗靜電復(fù)合材料的高濃度母料，其中CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2. (Γ17. 0%。最后將得到的母料與普通聚乙烯按一定比例進(jìn)行熔融共混造粒，得到CNTs/聚乙烯抗靜電復(fù)合材料。黃德歡等(中國專利ZL 200710067203. 2)先將CNTs進(jìn)行酸堿氧化處理，然后與馬來酸酐接枝聚丙烯混合形成反應(yīng)混合物，經(jīng)過熔融反應(yīng)擠出制備得到CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. Γ20. 0%的CNTs/PP復(fù)合材料。CNTs經(jīng)酸堿修飾后表面能降低，同時連接有羥基和羧基，這些基團(tuán)可與馬來酸酐反應(yīng)而接枝到PP長鏈上，從而提高了 CNTs在PP基體中的分散性。肖茹等(中國專利申請公開號CN 101864610A)將混酸氧化處理后的CNTs與聚烯烴經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，得到CNTs/聚烯烴母粒，其中CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0 10· 0%。在采用非共價改性方法制備導(dǎo)電復(fù)合材料方面，周煥民等(中國專利申請?zhí)朇N101870802A)將成纖高聚物(如滌綸切片、尼龍切片)、導(dǎo)電成分(炭黑和CNTs)、偶聯(lián)劑及分散劑(如蒙旦蠟、聚乙烯蠟、OP蠟、鋁酸酯)通過干燥、處理、加入輔劑進(jìn)行高速混合均勻，然后加入雙螺桿擠出機(jī)中，擠出拉條切粒得到母粒，其中CNTs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為I. 6%。目前，制備含碳納米管的導(dǎo)電復(fù)合材料方法存在CNTs含量偏低、分散性較差等缺陷。而為了提高CNTs在聚合物基體中的含量和改善其在基體中的分散性，通常對其進(jìn)行共價和非共價改性。CNTs的共價改性雖然可控性好，但是會破壞其石墨狀管壁結(jié)構(gòu)，使其電性能受到影響；非共價改性不會破壞原CNTs的結(jié)構(gòu)，能更好地發(fā)揮其優(yōu)良特性，具有更高的應(yīng)用價值，但目前采用的非共價改性方法還無法有效地提高CNTs在聚合物基體中的含量和分散性。因此篩選出一種能夠?qū)NTs通過非共價改性的方法即可顯著提高其分散性的聚合物，對于制備CNTs含量高、分散性好、工藝簡單且適用范圍廣的導(dǎo)電復(fù)合材料是十分有意義的，同時可以極大地簡化導(dǎo)電復(fù)合材料的制備工藝及提高CNTs在復(fù)合材料中的分散性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)旨在提供一種高碳納米管含量的聚合物母粒的制備方法，及采用這種母粒制備導(dǎo)電復(fù)合材料的方法。所得母粒中CNTs含量高、分散均勻，且無需對CNTs進(jìn)行共價改性和添加偶聯(lián)劑和表面活性劑等，同時制備工藝簡單、成本低、使用范圍廣。利用這種母粒制備的導(dǎo)電復(fù)合材料，可廣泛應(yīng)用于工程塑料、橡膠、膜制品及纖維材料中。本專利技術(shù)的一種含碳納米管的導(dǎo)電母粒，是CNTs與分散劑聚合物的混合物切片，所述的CNTs均勻地鑲嵌在所述的分散劑聚合物中，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；所述的CNTs為單壁碳納米管(SWCNT)或多壁碳納米管(MWCNT)；所述的分散劑聚合物為同時含有苯環(huán)和腈基的聚合物，為苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN樹脂)、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS)或聚芳醚腈(PEN)。作為優(yōu)選的技術(shù)方案如上所述的一種含碳納米管的導(dǎo)電母粒，所述的CNTs與分散劑聚合物的質(zhì)量比為5 50:95 50。如上所述的一種含碳納米管的導(dǎo)電母粒，所述的CNTs直徑和長度分別為O.75 30nm和O. Γ50 μ m ;所述的分散劑聚合物的熔融指數(shù)為2 10g/10min。本專利技術(shù)還提供了一種含碳納米管的導(dǎo)電母粒的制備方法，將CNTs與分散劑聚合物切片按質(zhì)量比5 50:95 50混合均勻后加入到雙螺桿擠出機(jī)中，熔融共混6 20分鐘后，擠出并造粒制備得到含碳納米管的導(dǎo)電母粒。如上所述的一種含碳納米管的導(dǎo)電母粒的制備方法，所述的CNTs為單壁碳納米管(SWCNT)或多壁碳納米管(MWCNT);所述的分散劑聚合物為同時含有苯環(huán)和腈基的聚合物，為苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN樹脂)、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物(ABS)或聚芳醚腈(PEN)。如上所述的一種含碳納米管的導(dǎo)電母粒的制備方法，所述的CNTs直徑和長度分別為O. 75^30nm和O. Γ50 μ m ;所述的分散劑聚合物的熔融指數(shù)為2 10g/10min ;所述的熔融共混溫度為185 315°C。本專利技術(shù)又提供了一種含碳納米管的導(dǎo)電復(fù)合材料，所述的含碳納米管的導(dǎo)電復(fù)合材料是CNTs、分散劑聚合物本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種含碳納米管的導(dǎo)電母粒，其特征是：所述的含碳納米管的導(dǎo)電母粒是CNTs與分散劑聚合物的混合物切片，所述的CNTs鑲嵌在所述的分散劑聚合物中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)；所述的CNTs為單壁碳納米管或多壁碳納米管；所述的分散劑聚合物為同時含有苯環(huán)和腈基的聚合物，為苯乙烯？丙烯腈共聚物、苯乙烯？丁二烯？丙烯腈共聚物或聚芳醚腈。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鄒黎明，徐速，何鈞煒，倪建華，凌新龍，掌婷婷，
申請(專利權(quán))人：東華大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：