納米碳管粉體與其形成方法、復合材料的形成方法技術

本發明專利技術提供的納米碳管粉體，包括：均勻混合的納米碳管與分散劑，且納米碳管與分散劑的重量比介于30∶70至90∶10之間。納米碳管的管徑介于10nm至100nm之間，且其長徑比介于100∶1至5000∶1之間。分散劑是由溶媒鏈段A與親碳基團B聚合而成的交替共聚物、嵌段共聚物、或無規共聚物。上述納米碳管粉體可與熱塑性塑料混煉形成復合材料，其中納米碳管與復合材料的重量比介于0.5∶100至50∶100之間。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術是關于復合材料，更特別關于將納米碳管分散其中的方法。
技術介紹
塑料產品具可塑性以及質量輕，廣泛用于民生工業之中，然而本身為絕緣體，表面經摩擦后產生電荷累積而帶靜電，會造成塑料在加工過程中的困擾，例如塑料薄膜成卷性不良與粘卷、易引起塵土及灰塵而降低生產線的良率、電子設備受到干擾或損壞，甚至引起火花而造成爆炸。3C電器產品的輕薄短小化，電子元件往朝高密度與高頻化發展。這些小型與高電子密度的元件必須解決靜電干擾及電磁相容性(EMC)問題。金屬外殼可達成電磁波的遮蔽屏障與抗靜電效果，但金屬的密度高且不易加工。雖然業界改以在外殼涂布導電漆、濺鍍金屬層，與無電鍍金屬層等，這些方式所需的成本高、制程復雜、且污染環境。此外，外層金屬薄膜易剝落失效。為了改善塑料的靜電問題，進而應用于電子產品上，目前的作法是將抗靜電/導電材料與高分子進行混煉。經由擠出或射出成型混煉后的復合材料，以期完成具抗靜電 (Ant1-static)、靜電消散(ESD)，與電磁波遮蔽(EMI)功能的高分子復材?？轨o電需求為 IO9-1O12Ohm/ □、靜電消散(ESD)為106-109ohm/ □、導電性需求為彡106ohm/ □、而電磁波干擾遮蔽(EMI)需求為彡IO4Ohm/ 口。為使抗靜電材料均勻分散于塑料之中，會先將添加材料與載體(carrier)混合熔融再造粒成母粒(masterbatch)，再將母粒與塑料熔融混合，藉由載體的濕潤和分散作用， 使添加劑與塑料有好的相容性。目前使用的主要抗靜電材料為酯類、胺類，以及有機鹽類， 其導電路徑是藉由吸附空氣中的水氣而在表面形成導電的水層。上述特性導致成品需放置在一定濕度環境下數天才具有抗靜電效果，且易受環境影響(如濕度) 。上述產品在受熱后，其抗靜電材料易遷移至表層而影響外觀。此外，產品的抗靜電效果會因延伸而下降或消失。若使用碳黑作為抗靜電材料/導電材料，其導電原理為均勻分散于塑料之中的碳黑，可藉由碳黑之間的接觸或短距離(通常<2nm)有效形成導電通路。然而添加碳黑的量需高滲透閾值(percolation threshold)。舉例來說,作為抗靜電材料時需添加> 5wt%的碳黑，作為導電材料需添加> 2(^丨％的碳黑。高碳黑添加量將影響復合材料的加工性與機械性質，其表面受摩擦后會有脫碳的現象而污染產品，影響塑料外觀。添加碳黑的復合材料的電性效果，同樣會受到延伸影響。目前沒有拉伸4倍以上，仍具抗靜電性質的復合材料。納米碳管(Carbon Nanotube,簡稱CNT)具有極佳的電性與機械性質,適合作為導電填充材料或補強材料。然而納米碳管的表面平滑且為化學惰性，其與塑料的相容性不佳。 另一方面，CNT的高長徑比結構，使碳管間因強大凡德瓦爾力而相互吸引甚至纏繞聚集，導致納米碳管難以分散于塑料中。此外，納米碳管本質輕盈，不但占空間且易飄散，使得處理及存放納米碳管時需額外注意。綜上所述，納米碳管在直接加工與應用上有其困難。為了使納米碳管均勻分散在塑料中，常見的方法有(I)化學修飾納米碳管表面。 利用鹽酸、硝酸等強酸溶液使碳管表面產生羧酸等官能基，再進一步進行改性與接枝?；蛘呃米杂苫磻诩{米碳管表面直接進行改性與接枝，改善納米管表面的化學惰性。之后再取化學修釋后的納米碳管與塑料進行混煉。此方法的缺點為，化學改性常會破壞納米碳管管壁，并因此降低納米碳管的導電性。(2)原位聚合反應。取反應單體(monomer)與納米碳管于溶液混合均勻后，反應單體再進行聚合，使納米碳管分散于反應單體聚合的高分子中。(3)溶液混合法(solution process)。將納米碳管與高分子溶液混合均勻后，以再沉淀或去除溶劑得到固體。上述方法雖然能使納米碳管均勻分散在塑料中，然而制程復雜、選用的溶劑成本高與具毒性，且高分子對溶劑的溶解度有其限制等，不適合應用在工業上。綜上所述，目前亟需在不傷害納米碳管表面的前提下，使納米碳管能有效分散于塑料中。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種納米碳管粉體，其在不傷害納米碳管表面的前提下， 能使納米碳管能有效分散于塑料中。本專利技術一實施方式提供一種納米碳管粉體(carbon nanotube powders),包括均勻混合的納米碳管與分散劑，且納米碳管與分散劑的重量比介于30 70至90 10之間， 其中納米碳管的管徑介于IOnm至IOOnm之間，且其長徑比介于100 :1至5000 I之間； 其中分散劑是由溶媒鏈段A與親碳基團B聚合而成的交替共聚物、嵌段共聚物、或無規共聚物，其中溶媒鏈段A的結構如下其中R1是氫或甲基；R2是氫、CV2tl的烷基、C"。權利要求1.一種納米碳管粉體，包括均勻混合的一納米碳管與一分散劑，且該納米碳管與該分散劑的重量比介于30 70 至90 10之間，其中該納米碳管的管徑介于IOnm至IOOnm之間，且長徑比介于100 I至5000 I 之間；其中該分散劑是由溶媒鏈段A與親碳基團B聚合而成的交替共聚物、嵌段共聚物、或無規共聚物，其中溶媒鏈段A的結構如下2.如權利要求1所述的納米碳管粉體，其中該分散劑的重均分子量介于五千至十萬之間。3.—種納米碳管粉體的形成方法，包括取一納米碳管及一分散劑置入一有機溶劑，且該納米碳管與該分散劑的重量比介于 30 70 至 90 10 之間；超聲波震蕩并攪拌該有機溶劑，使該納米碳管分散于該有機溶劑中；以及過濾烘干收集有機溶劑中的固體，得到一納米碳管粉體，其中該納米碳管與該分散劑均勻混合。4.如權利要求3所述的納米碳管粉體的形成方法，其中該納米碳管的管徑介于IOnm至 IOOnm之間，且長徑比介于100 I至5000 I之間。5.如權利要求3所述的納米碳管粉體的形成方法，其中該分散劑是由溶媒鏈段A與親碳基團B聚合而成的交替共聚物、嵌段共聚物、或無規共聚物， 其中溶媒鏈段A的結構如下Ri其中R1是氫或甲基；6.一種復合材料的形成方法，包括以權利要求3所述的納米碳管粉體的形成方法，形成一納米碳管粉體；以及混煉該納米碳管粉體與一熱塑性塑料，形成一復合材料；其中該納米碳管與該復合材料的重量比介于O. 5 100至50 100之間。7.如權利要求6所述的復合材料的形成方法，其中混煉該納米碳管粉體與該熱塑性塑料的步驟更包括混煉一含碳填充材料、一氧化物填充材料、或上述的組合。8.如權利要求7所述的復合材料的形成方法，其中該含碳填充材料為碳黑、碳纖維、碳 60、或上述的組合，且該氧化物填充材料為氧化鋅、氧化鋁、氧化銦錫、二氧化鈦、或上述的組合。9.如權利要求7所述的復合材料的形成方法，其中該熱塑性塑料為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、或聚碳酸酯。10.如權利要求6所述的復合材料的形成方法，其中該復合材料是應用于抗靜電產品、 靜電消散產品、電磁波及輻射頻波屏蔽、3C電器設備、信息產品、電子包裝材料、電極、導線導電膠、或導電材料。R4 或全文摘要本專利技術提供的納米碳管粉體，包括均勻混合的納米碳管與分散劑，且納米碳管與分散劑的重量比介于30∶70至90∶10之間。納米碳管的管徑介于10nm至100nm之間，且其長徑比介于100∶1至5000∶1之間。分散劑是由溶媒本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米碳管粉體，包括：均勻混合的一納米碳管與一分散劑，且該納米碳管與該分散劑的重量比介于30∶70至90∶10之間，其中該納米碳管的管徑介于10nm至100nm之間，且長徑比介于100∶1至5000∶1之間；其中該分散劑是由溶媒鏈段A與親碳基團B聚合而成的交替共聚物、嵌段共聚物、或無規共聚物，其中溶媒鏈段A的結構如下：其中R1是氫或甲基；R2是氫、C1?20的烷基、C1?20的烷基醇基、C1?20的醚基、C1?20的醚醇基、C1?20的胺酯基、苯基、磺酸基、C1?20的胺基、碳酸基、或磷酸基；其中親碳基團B的結構如下：其中R3是氫或甲基；R4是C1?20的烷基醇胺基、C1?20的胺基、C1?20的烷基胺基、C1?20的醚胺基、或C1?20的胺酯基；R5是氫或甲基；R6是C1?10的烷基醇胺基、C1?10的胺基、C1?20的醚胺基、或C1?10的胺酯基。FSA00000589860700011.tif,FSA00000589860700012.tif

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：蕭安恩，張信貞，蔡書雅，徐美雯，
申請(專利權)人：財團法人工業技術研究院，
類型：發明
國別省市：