[发明专利]含有碳纳米管的聚合物材料，和从与分散剂的预混物的制备该材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及在含有碳纳米管的聚合物材料中分散碳纳米管的方法，还涉及得到的聚合物材料。

由于其非常高的机械性能和非常高的长径比，碳纳米管(NTC)是一种具有很大优点的材料，比如作为补强剂。再有，其电性能和热性能也能够使它用于改变加入了它的材料的导电性能。

它们是由卷起的石墨片构成的，该石墨片末端被接近富勒烯的五角形和六角形结构构成的半球形封端。

已知有由单片构成的纳米管，我们称之为SWNT(单壁纳米管)，或者由多层同心的片构成的纳米管，称之为MWNT(多壁纳米管)，SWNT一般比MWNT更难制造。

NTC一旦合成出来，就呈现粉末状，这就使其很难操作处理，给操作人员带来HSE(健康、安全、环境)的危险。

现有技术

在EP 692,136中描述了含有不多于20重量％NTC的聚合物组合物；这种热塑性或热固性组合物是通过在熔融状态下混合该聚合物和NTC而得到的。然而显示出，NTC在聚合物基质中的分散是不均匀的，预期的机械性能和/或电性能都是不够的。

存在没有得到满足的要求，即对改善NTC在其被加入的聚合物材料中的分散方式，以得到更加均匀的材料的要求。

EP 1,359,121和EP 1,359,169提出通过将NTC官能化来改善NTC在聚合物基质中的分散。

本申请人在EP 1,449,885中描述了含有NTC的聚酰胺和聚烯烃的混合物，该聚酰胺可以是聚酰胺嵌段和聚醚嵌段的共聚物。然而，该文件没有解决碳纳米管在聚合物基质中的分散问题。

发明内容

本发明涉及使碳纳米管容易分散在聚合物基质当中的方法。

本申请人开发的NTC分散方法在于，通过将NTC与分散与包裹剂预混合来分散和包裹NTC，该分散与包裹剂选自具有聚酰胺嵌段和聚醚嵌段的共聚物(PEBA)和/或具有聚酯嵌段和聚醚嵌段的共聚物。

然后通过例如熔融的途径或者溶剂的途径，容易地将此预混物(NTC+分散剂)加入到聚合物基质中。

在按照本发明的预混物中，NTC可占到该预混物总质量的至多70重量份。

使用的碳纳米管可以是各种类型：官能化或未官能化的MWNT、DWNT(双层壁)、SWNT。

碳纳米管的长径比(L/D)优选大于或等于5，优选大于或等于50，有利地大于或等于100。

碳纳米管的直径有利地为0.4～50nm，其长度为其直径的100～100,000倍。

按照本发明的一个优选实施方式，碳纳米管呈多层壁的形式(MWT)，其直径为5～30nm，其长度大于或等于0.3μm。

碳纳米管的含量有利地占该预混物总质量的0.1～70重量份，有利地为0.1～30重量份，更有利地为0.5～20重量份。

作为分散剂，可以举出由具有活性端基的聚酰胺嵌段与具有活性端基的聚醚嵌段共聚缩合反应得到的PEBA，特别是比如：

1)具有二胺链端基的聚酰胺嵌段与具有二羧基链端基的聚氧亚烷基嵌段。

2)具有二羧基链端基的聚酰胺嵌段与具有二胺链端基的聚氧亚烷基嵌段，该聚氧亚烷基嵌段通过对被称为聚醚二元醇的脂肪族α-ω二羟基化的聚氧亚烷基嵌段的氰乙基化和加氢得到。

3)具有二羧基链端基的聚酰胺嵌段与聚醚二元醇，在此特定的情况下，得到的产物是聚醚酯酰胺。

具有二羧基链端基的聚酰胺嵌段，来源于比如在二羧酸链终止剂存在下，聚酰胺前体的缩聚反应。

具有二胺链端基的聚酰胺嵌段，来源于比如在二胺链终止剂存在下，聚酰胺前体的缩聚反应。

具有聚酰胺嵌段和聚醚嵌段的聚合物还可以含有随机分布的单元。这些聚合物可通过聚醚和聚酰胺嵌段前体的同时反应来制备。比如可以使聚醚二元醇、聚酰胺前体和二元酸链终止剂进行反应。得到主要具有长度十分不同的聚醚嵌段、聚酰胺嵌段的聚合物，但还含有以随机的方式进行反应的，并且沿着聚合物链按照随机(统计)方式分布的各种反应剂。

也可以使聚醚二胺、聚酰胺前体和二元酸链终止剂反应。得到主要具有长度十分不同的聚醚嵌段、聚酰胺嵌段，但还具有以随机的方式反应的，沿着该聚合物链随机(统计)分布的各种反应剂。

在具有聚酰胺嵌段和聚醚嵌段的这些共聚物中聚醚嵌段的量一般占该共聚物重量的10～70重量％。