[发明专利]一种改善材料导电性的尼龙/碳纳米管母粒的制备及应用

说明书

一种改善材料导电性的尼龙/碳纳米管母粒的制备及应用涉及碳纳米管表面改性技术与尼龙溶液对流凝聚技术结合应用于制备聚合物导电母粒领域，以期能够达到通过短时间机械混炼，显著改善聚合物复合材料导电性的目的。该改性方法的特征在于，在乙醇‑水溶液中加入25‑35wt％的聚醚类表面活性剂与氨基硅烷偶联剂复配物，利用表面接枝与包覆改性方法，在酸化碳纳米管液含量0.01‑20wt％的液相中对其进行改性后，重新配置成碳纳米管含量为0.1‑10wt％的悬浊液，最后将其与尼龙甲酸溶液对流交汇完成共凝聚，以此连续性地制备得到碳纳米管负载量为0.1‑60wt％的母粒。该母粒能够与多种聚合物进行共混，制得的复合材料中碳纳米管分布均匀，导电性能明显提升。该制备方法简单易行，原料易得。

技术领域：

本申请涉及功能性塑料复合材料领域，更具体的涉及一种碳纳米管母粒的制备及其与塑料复合的方法。

背景技术：

碳纳米管是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米级管状壳层结构，其直径在100nm以内，而长径比很高；碳纳米管表面会存在许多拓扑学缺陷，表现为大量成对的五元环和七元环。碳纳米管的结构特征使其具有特殊的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，由其复合而成的材料因此也能够表现出独特的力学、热学、磁学、电学和光学等性能。使用碳纳米管提高聚合物材料电学性能是近年来聚合物复合材料研究的热点之一。目前，利用碳纳米管添加已经能够使聚合物从绝缘体变为半导体，甚至导体，由此改变了传统聚合物材料的应用前景，碳纳米管填充聚合物材料在导电粘合剂、抗静电涂层及包装、电磁屏蔽材料等领域都有成功应用的案例。

聚合物/碳纳米管复合材料的导电性一般均符合渗流阈值理论，即：当碳纳米管的加入量较少时，聚合物材料整体导电性不发生显著变化，当碳纳米管加入一定量之后，再加入极少量的碳纳米管，复合材料的导电性都会提高数个数量级，呈现指数型关系。渗流阈值现象，与复合材料内部导电网络的形成有关，在临近渗流阈值之前，导电网络尚未形成，导电通道较少，材料不表现导电性，在此基础上只加入少量碳纳米管，也会极大促进导电网络的形成，进而使材料导电性呈指数型提高。

从工业化应用角度考虑，碳纳米管的价格较高，大量添加必然导致材料成本的提高。而根据渗流阈值理论，聚合物材料导电性改善的关键在于在聚合物内部构建导电网络。理论上，改善碳纳米管在聚合物中的分散性，能够保证导电网络的高效构建，减少构建导电网络所需的碳纳米管用量，由此降低高导电性聚合物 /碳纳米管复合材料的原材料成本。

在制备导电性复合材料过程中，将碳纳米管与聚合物长时间混合，能够有效改善碳纳米管在聚合物中的分散性；但是，长时间的混合也会导致聚合物降解，碳纳米管结构被破坏，由此使复合材料的综合性能下降。通过对碳纳米管进行预分散处理，并将大量碳纳米管添加到聚合物中，能够制备成碳纳米管母粒。使用母粒替代未经处理的碳纳米管与聚合物复合，能够实现在短时间混炼条件下制备高导电性聚合物复合材料。因此，碳纳米管母粒的制备与使用对扩大导电聚合物复合材料的应用范围有巨大意义。

但是，碳纳米管母粒的制备大多依然采用长时间熔融共混进行，以此利用聚合物传递设备的剪切作用促使碳纳米管在聚合物中分散，该方法无法避免碳纳米管结构被破坏。此外，碳纳米管在聚合物基体中难以被有效改性处理，其易于自聚集的特性依然存在。在使用碳纳米管母粒与聚合物共混制备具有导电性的复合材料时，母粒中的碳纳米管进入聚合物后仍分散地不够理想。

为了使碳纳米管在聚合物中能够短时间混炼后即完成理想分散，本发明设计了一种在溶液中完成碳纳米管表面改性处理，并通过改性碳纳米管乙醇浆液与尼龙甲酸溶液对流絮凝，实现碳纳米管尼龙母粒连续化制备的方法。以本发明所制备的尼龙/碳纳米管母粒为原料，通过短时间混炼即可得到具有抗静电甚至导电特性的塑料复合材料，材料力学性能也能够有一定提升。

发明内容：