[发明专利]碳纳米管/聚丙烯/聚乳酸复合纤维材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属复合纤维及其制备领域，特别是涉及一种碳纳米管/聚丙烯/聚乳酸复合纤维材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)是一种绿色材料，由农业经济作物(玉米等)发酵产物乳酸为基本原料制得，具有良好的生物降解性，使用后能完全降解生成二氧化碳和水，不污染环境。聚乳酸还具有很好的力学性质、热塑性、成纤性、透明度高，适用于吹塑、挤出、注塑等多种加工方法，加工方便，应用十分广泛。但是纯聚乳酸不耐冲击和高温，限制了其用途及使用效果，这就促使人们对其性能的改性展开深入研究。

聚丙烯(PP)是一种性能优异的热塑性材料，具有价格低廉、工艺简便、无毒、易加工、比重小、抗冲击强度好等优点，广泛应用于包装、日用品、化工、汽车、医疗等各个领域，成为目前应用最广泛的塑料之一。因而可作为聚乳酸的共混物，来改善其性能。但由于聚丙烯的韧性差、尺寸稳定性差、耐磨性不足、热变形温度不高等缺点，使其应用领域受到很大的限制。为进一步提高聚丙烯与聚乳酸共混物的性能，如力学性能和耐高温等，还需对其进行改性，碳纳米管作为新型纳米材料的典型代表，是重要的候选材料之一。

碳纳米管(CNTs)自1991年由日本NEC的Iijima教授首次正式命名，由于其独特的结构成为国际上一个重要的研究热点。从结构上看碳纳米管可视为由石墨片卷曲而成的中空管状结构，根据石墨层的多少可分为单壁管(SWNTs)和多壁管(MWNTs)。碳纳米管有优异的力学性能，它的比重虽为钢的1/6，而强度却是钢的100倍。此外还有热稳定性高，电学性能好等优点，因而在新型复合材料、纳电子器件等高科技领域具有重要的应用前景。

关于含碳纳米管的聚合物复合材料文献报道主要有三种制备方法，分别是原位聚合法、共混法和溶胶-凝胶法。但是，在含碳聚合物复合材料制备中人们面临的问题之一就是碳纳米管由于其巨大的表面能，使管与管之间具有较强的吸附力，导致其在聚合物中容易团聚，分散性差，使得碳纳米管的增强效果变差。

近年来，大量废弃的各种塑料如聚烯烃、聚苯乙烯、聚氯乙烯等对环境造成了严重的污染，所以生物可降解塑料的研究和开发越来越受到人们的重视。聚乳酸(PLA)是一种由乳酸单体直接缩聚或丙交酯开环聚合制得的直链脂肪族聚酯，它的原料可由玉米、甘蔗等植物发酵制得，其废弃物可降解，最终产物为二氧化碳和水；PLA除了具有生物降解性外，还有良好的生物相容性、强度高、可塑性加工成型等特点，在医学领域具有广阔的应用前景，如缝合线、骨结合部位固定材料、组织缺损部位补强材料和药物缓释性载体等。但PLA的某些特性如熔体黏度、冲击性能、热变形温度、气体的阻隔性能等还不能满足不同的最终用途，所以近年来掀起了对PLA及其共聚物、共混物的研究热潮。

人们在PLA共混改性方面做了许多工作.采用聚丙烯/聚乳酸(PP/PLA)共混可以减少聚丙烯的用量和降低环境污染，又可使产品保持较好的力学性能.但极性的PLA与非极性的PP的相容性差，文献[羧基化PP与PLA共混]选取了羧基化PP与PLA共混，希望提高两者的相容性。但可实现工业化PP/PLA共混复合材料以及PP/PLA共混复合材料纤维得研究与专利并未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种碳纳米管/聚丙烯/聚乳酸复合纤维材料及其制备方法，该方法生产的复合纤维可纺性好，成纤强度高，并具有可控导电、导热、抗静电和生物降解的特性。

本发明的一种碳纳米管/聚丙烯/聚乳酸复合纤维材料，其组分包括：碳纳米管、聚丙烯/聚乳酸，其重量比为0.1～20：80～99.9，聚丙烯与聚乳酸的百分比重量可以任意调节。

本发明的一种碳纳米管/聚丙烯/聚乳酸复合纤维材料的制备方法，包括：

(1)碳纳米管的改性处理

将碳纳米管纳米粉体置于等离子体处理设备的专用传输装置上，在大气压，开放环境下，直接将等离子体喷射到碳纳米管纳米粉体表面，使碳纳米管纳米粉体在等离子体氛围中运动，处理碳纳米管纳米粉体的功率为10W-5000W，时间为0.01s-6000s，产生碳纳米管纳米粉体表面改性；

(2)将上述制得的等离子体处理碳纳米管与聚丙烯/聚乳酸粉料或聚丙烯/聚乳酸切片按0.1～20％用双螺杆或单螺杆挤出机混料，在180～260℃熔融混合得到碳纳米管/聚丙烯/聚乳酸复合切片；

(3)将步骤(2)制得的切片按常规的熔融纺丝法进行纺丝，即得等离子体处理的碳纳米管/聚丙烯/聚乳酸复合纤维材料。

所述的碳纳米管由深圳市纳米港有限公司、时代纳米中心生产或自制碳纳米管；