[发明专利]通过水交联反应制备聚烯烃/碳纳米管复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管复合材料的制备方法，具体地，涉及一种通过水交联反应制备聚烯烃/碳纳米管复合材料的方法。

背景技术

塑料由于质轻、价廉、耐化学腐蚀、耐冲击、高透明性、易于加工和低的电导率而广泛应用于人们的日常生活中，从加工性能上分，塑料材料分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。但是，塑料也有其固有的缺陷，例如降解困难，低温脆性差，不耐热等等。每一种塑料都有其本身的特性，但是单品种的塑料很难与其他材料，例如金属、陶瓷、玻璃或纤维媲美，因此需要综合塑料本身的优点，设计出性能优异的复合材料。

聚烯烃材料可以通过水交联反应与硅烷进行接枝，然后水解得到硅羟基Si-OH，再通过偶联反应得到-Si-O-Si-键。这是一种自由基引发反应的过程，首先由引发剂引发与水进行缩合形成交联。聚烯烃分子交联成三维网状结构能大大提高材料的冲击强度、耐化学性和热稳定性。

碳纳米管(Carbon nanotube)是1991年由日本电气公司(NEC)基础研究实验室的Sumio Iijima发现的一种碳结构。理想碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的成为单壁碳纳米管(Single walled carbonnanotube，SWNT)，多于一层的则称为多壁碳纳米管(Multi-walled carbonnanotube，MWNT)。SWNT的直径一般为1-6nm，最小直径大约为0.5nm，与C₃₆分子的直径相当，但SWNT的直径大于6nm以后特别不稳定，会发生SWNT管的塌陷，长度则可达到几百纳米到几微米。因为SWNT的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。MWNT的层间距约为0.34nm，直径在几个到几十纳米，长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。由于碳纳米管具有较大的长径比，所以可以把其看成为准一维纳米材料。

正是具有以上结构特点，所以碳纳米管具有低密度、高强度、高韧性、高比表面积、高的导热性能和导电性能，碳纳米管越来越引起各国研究者的高度重视。碳纳米管主要应用在复合材料、微电子材料、无线电通讯、燃料电池以及印刷电路板等方面。其中，碳纳米管复合材料应用范围最为广泛，例如加入碳纳米管后可以大大提高塑料的力学性能、电学性能和电磁屏蔽性能。同时也可以改善塑料固有的缺陷，例如低温韧性差、耐热性差等，大大拓宽了塑料的应用领域。

目前，制备碳纳米管填充的聚烯烃复合材料主要有两种方法：一是通过原位聚合的方法制备；二是通过直接熔融共混的方法制备。但是由于碳纳米管容易团聚，所以制备的聚烯烃/碳纳米管复合材料的力学性能和热稳定性改善程度不大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过水交联反应制备聚烯烃/碳纳米管复合材料的方法，由本发明方法制备的聚烯烃/碳纳米管复合材料具有较高力学性、热稳定性及导电性。

本发明的技术方案是一种通过水交联反应制备聚烯烃/碳纳米管复合材料的方法，该反应主要是在聚烯烃材料、碳纳米管和不饱和有机硅烷这三种物质之间进行的，包括以下步骤：

步骤1，备料：按重量计，0.8-0.9份聚烯烃材料、0.01-0.08份碳纳米管及0.02-0.04份不饱和有机硅烷；

步骤2，首先将所述的不饱和有机硅烷分散于适量的有机溶剂中；

步骤3，向所述的碳纳米管中加入步骤2中分散好的溶液，搅拌分散；

步骤4，向上述步骤3所得的碳纳米管的分散液中加入0.0005-0.001份的引发剂和0.0004-0.001份催化剂，然后在50-80℃下搅拌0.5-4小时；

步骤5，向上述步骤4所得的溶液中加入聚烯烃材料并搅拌，最后将搅拌好的聚烯烃材料加入到双螺杆挤出机中挤出造粒。

在所述步骤1中的聚烯烃材料选自聚乙烯、聚丙烯其中之一或二者的共聚物。

在所述步骤1中的碳纳米管为处理过或未处理过的单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其混合物，试验证明处理过或未处理过的碳纳米管效果没有差别。

在所述步骤1中的不饱和有机硅烷为乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲基硅烷、乙烯丁氧基硅烷、丙烯三甲氧基硅烷及丙烯三乙氧基硅烷中的一种或其混合物。

在所述步骤2中的有机溶剂选自丙酮、乙腈、二氯乙烷，优选为丙酮。

在所述步骤4中的引发剂为1，4-双叔丁基过氧化异丙苯。

在所述步骤4中催化剂选自二月桂酸二丁基锡、钛酸丁酯、硬脂酸钙中的一种或一种以上的混合物，优选为二月桂酸二丁基锡。