[发明专利]用于碳纳米管的加工和性能辅助

说明书

发明领域

本发明涉及一种用于碳纳米管的加工和性能辅助，这在制备各种含有碳纳米 管的聚合物基质的过程中增强了对于碳纳米管的处理和加工，含有碳纳米管的聚合 物基质显示出改善的性能，包括但是并不局限于导电性能和机械特性。

发明背景

对于碳纳米管(多壁、双壁、单壁)有一个重要的、全世界范围的兴趣。纳米 管已知是由一个单层(在这种情况下它们被称作单壁纳米管(SWNTs))组成，或由 若干同心层制成(此时它们被称作多壁纳米管(MWNTs))。碳纳米管可以从一种石 油基来源或一种生物基来源生成。

然而，对于减轻处理和加工作用有一些关注。着手解决此问题的一种方法是提 供封装进一种树脂基质中的碳纳米管。因为此类碳纳米管不是游离的而是被封装 的，所以处理过程得到了改善。并且因为碳纳米管已经被分散至不同的程度，在所 得的聚合体组合物中的后续的分散应该是更有效的。

此外，对于导电塑料和机械特性得到改性的塑料的需求和应用已有增长。在这 些用途中，人们寻求开发塑料(经常是作为金属的替代物)的独特性质。例如，导 电性聚合物材料对于许多应用都是所希望的，这些应用包括：用于将电荷从电气部 件上消散的涂层、以及用来阻止电磁波干扰的电气元件屏蔽物。在聚合物材料中增 加的导电性使得可能通过静电喷涂来涂覆。用来增加塑料导电性能的主要方法向来 是在其中填充导电添加剂，例如金属粉末、金属纤维、本质上导电的聚合物粉末(例 如聚吡咯或碳黑)。最常见的方法涉及到碳黑。然而，这些方法各有一些缺点。金 属纤维和粉末增强的塑料具有减少了的机械强度。而且，成本很高并且它们的密度 使得必需有高的重量负载。本质型导电聚合物具有高的成本并且在空气中经常是不 稳定的。因此，它们的使用往往是不切实际的。已经认识到，以小于碳黑的量向聚 合物中添加碳纳米管可以用来生产导电末端产物和/或用来改变产物的机械特性。

碳纳米管的封装是已知的。多壁碳纳米管(MWCNT’s)在市场上是作为在一种 树脂基质中的纳米管化合物来销售的。该树脂基质是取决于用户的需要而形成的。 例如，如果用户对于向聚酰胺-6中混入MWCNT感兴趣，则制备碳纳米管在聚酰 胺-6中的一种树脂基质。在这类基质中MWCNT的浓度典型的是在从大约2％至大 约20％的范围内。这些基质被称作母料。这种方法对于每种最终用途要求有一种 不同的母料。这种方法是高成本并且低效率的。

发明内容

本发明是针对被封装进树脂基质中的碳纳米管以及结合了被封装进树脂基质 中的碳纳米管的聚合体组合物。该树脂基质包含多条链，这些链含有芳香基团、氧 和/或氮原子，具有低的熔融温度以及低的分子量，这样使熔体粘度是低的。一种 优选的树脂基质是环对苯二甲酸丁二醇酯。该碳纳米管树脂基质是与具有多种最终 用途的众多聚合物组合物可相容的。本发明的树脂基质使得处理更容易，提供了与 多种热塑性和热固性聚合物系统的良好的相容性，例如聚酰胺类、聚酯类、聚碳酸 酯类、丙烯酸酯类、氯聚合物类、氟聚合物类、环氧树脂等等，并且是容易使用的， 在熔融下显示出低熔点和低粘度并且成本很低。将该树脂基质掺入该聚合体组合物 中还提供了更高的导电性和/或改进的机械特性。如今已经发现，包含一种环对苯 二甲酸丁二醇酯树脂基质和碳纳米管的多种聚合体复合材料显示出比缺少环对苯 二甲酸丁二醇酯的类似复合材料更高的导电性。同样已经发现，多种聚合体复合材 料的机械特性可以通过向其中掺入封装了碳纳米管(例如环对苯二甲酸丁二醇酯) 的一种树脂基质和碳纳米管而加以改进。因此，本发明提供了封装了碳纳米管的一 种单一的树脂基质，它可以在多种聚合体组合物中应用以改变机械特性和/或导电 性。

附图简要说明

图1是一个表面电导率的曲线图，它是作为在环对苯二甲酸丁二醇酯之中一种 碳纳米管/环对苯二甲酸丁二醇酯复合材料中的碳纳米管浓度的函数。

图2是一个本体电导率的曲线图，它是作为在一种碳纳米管/环对苯二甲酸丁 二醇酯/PA-11复合材料中的碳纳米管浓度的函数。

图3是本体和表面电导率的一个曲线图，它是作为在一种碳纳米管/环对苯二 甲酸丁二醇酯/PA-11复合材料中的碳纳米管浓度的函数。

图4是机械特性的一个曲线图，它是作为在一种碳纳米管/环对苯二甲酸丁二 醇酯/PA-11复合材料中的碳纳米管浓度的函数。