[发明专利]一种聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料的制备领域，具体指一种聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管是由碳-碳共价键结合而成的新型碳材料，是一种纳米尺度的由碳原子形成的石墨片卷曲而成的无缝、中空的管体，具有完整的分子结构。碳纳米管管径小、长径比大的特点使其具有优良的电学和力学性能；碳纳米管的杨氏模量和剪切模量与金刚石相同，理论强度可达106MPa，是钢的100倍；碳纳米管具有很高的韧性，而密度仅为钢的1/7；碳纳米管还具有耐强酸、强碱性，在空气中700℃以下基本不会发生氧化，有望成为复合材料的增强体。虽然碳纳米管作为复合材料增强组分在理论上具有明显优势，但是碳纳米管在聚合物基体中的良好分散及其界面结合能力是提高复合材料性能的关键。

为了得到性能良好的聚合物/碳纳米管复合材料，近年来科研工作者们对碳纳米管的表面改性做了诸多工作，如公开号为CN102079507A的中国专利申请《在碳纳米管表面形成缺陷的方法》（申请号：CN201010617897.4）所披露，用电子束蒸镀及磁控溅射的方法制备含有二氧化硅、氧化铝的掩膜层，通过将碳纳米管设置在基底表面，并对沉积有掩膜层的碳纳米管表面进行离子刻蚀，从而造成碳纳米管表面缺陷；公开号为CN1778672A的中国专利申请《碳纳米管表面化学修饰的方法》（申请号：CN200510030120.7）所披露，通过将金属与二甲苯酮在有机溶剂中反应生成碳自由基或者碳负离子活性基团，并与碳纳米管进行相互作用，从而对碳纳米管壁进行表面修饰；文献《碳纳米管的分散及表面改性》（高濂，刘阳桥，硅酸盐通报，2005年）从碳纳米管共价、非共价功能化表面修饰和无机纳米颗粒改性三个方面介绍了国内外专家对碳纳米管表面进行改性的相关研究。

上述对碳纳米管进行表面修饰或改性的方法虽然可以使碳纳米管在聚合物基体中能进行良好的分散，但是由于在修饰或改性过程中会对碳纳米管的自身结构造成一定破坏，致使其不能保持原有的力学性能，且碳纳米管的长径比大大降低，限制了碳纳米管复合材料的应用范围；另外，由于在碳纳米管表面修饰或改性过程中需使用大量有毒含卤试剂，因此，通过表面修饰或改性以使碳纳米管在聚合物基体中进行良好分散的方法不仅对环境危害较大，且只能在实验室小范围内使用，不利于工业化应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种不经过表面修饰或改性就能使碳纳米管在聚合物基体中进行良好分散的聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将聚合物置于有机溶剂中，在搅拌条件下对所述有机溶剂进行恒温加热并使其反复回流冷凝，直至聚合物完全溶解，得到母液A；上述恒温加热的温度与聚合物的熔融温度偏差在-5℃～-1℃；

（2）将纯化的碳纳米管分散在有机溶剂中，并进行超声处理40～80分钟，得到母液B；该步骤中的有机溶剂与步骤（1）中所使用的有机溶剂相同；

（3）按碳纳米管在聚合物/碳纳米管复合材料中所占的质量百分比为1%～10%，将母液A与母液B混合，搅拌12～24小时后转入旋转蒸发仪直至溶剂蒸干，得到聚合物/碳纳米管复合材料。

步骤（1）中所述的聚合物为具有结晶性的热塑性树脂或/和接枝共聚物及其嵌段共聚物；作为优选，所述的聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚丁烯、聚丁二烯、尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚烯烃弹性体中的一种或几种的混合物。

优选地，步骤（1）中所述的有机溶剂为石油醚、二甲苯或十氢化萘中的一种；所述的恒温加热为油浴加热。

步骤（2）中所述的碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或碳纳米管中的一种。

较好的，所述母液A的浓度为0.1g/mL～0.3g/mL，优选为0.2g/mL；所述母液B的浓度为0.4g/mL～0.6g/mL，优选为0.5g/mL。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过将聚合物与碳纳米管分别置于相同的有机溶剂中并进行混合，利用聚合物结晶性链段与碳纳米管之间的非共价键力作用制备复合材料，无需对碳纳米管进行表面修饰或改性，即可使碳纳米管在聚合物基体中进行良好的分散，避免了碳纳米管改性过程中对其自身结构的破坏，且制备方法绿色环保、过程中无有毒物质使用，为聚合物/碳纳米管复合材料的进一步应用提供了良好的条件。

附图说明

图1为本发明实施例4中制备的聚合物/碳纳米管复合材料的AFM图；