[发明专利]一种导电导热功能化碳纳米管/TPU复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种导电导热功能化碳纳米管/TPU复合材料的制备方法，首先利用壳聚糖改性官能团化碳纳米管得到功能化碳纳米管（CS‑CNT），将其与4,4’‑二苯基甲烷二异氰酸酯反应，再加入聚四亚甲基醚二醇、1,4‑丁二醇和催化剂经预聚‑扩链反应合成所述导电导热功能化碳纳米管/TPU复合材料。CS‑CNT分子内存在壳聚糖和碳纳米管之间的氢键作用和静电吸附作用，CS‑CNT之间、CS‑CNT与TPU单体之间、CS‑CNT与TPU基体之间同时存在大量的氢键和共价键，导致其与TPU基体结合力增强，交联程度增加，形成完整致密的导电网络和更高效的热传导网络，TPU复合材料的导电性能和导热性能都得到较大的提升。

技术领域

本发明属于高分子复合材料合成技术领域，具体涉及一种导电导热功能化碳纳米管/TPU复合材料的制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯（TPU）是一种由柔性软段与刚性硬段组成的嵌段聚合物，软段由大分子量的聚合多元醇构成，硬段由小分子多元醇与二异氰酸酯构成。TPU独特的嵌段结构使其在宏观方面体现出较好的耐磨性、耐油性、韧性和耐酸耐碱耐氧耐辐射等优良性能，广泛应用于生活工业领域。但TPU导热性能差，在使用时会因热量无法有效传导逸散而损害产品甚至发生事故；TPU作为传统高分子绝缘材料，体积电阻率高，在使用过程中容易累积静电从而导致一些不良的危害，因此制备具有良好导热性能和导热性能的TPU复合材料具有巨大的经济效益和应用前景。

碳纳米管是一种准一维纳米结构材料，自1991年被发现以来，由于其独特的结构、良好的电学性能与机械性能备受关注。同时，碳纳米管具有良好的传热性能，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会得到很大的改善。但碳纳米管较大的长径比使得其易在聚合物基体中会发生缠绕和团聚，且碳纳米管的化学惰性使得其与基体的相容性差，这都限制着其在聚合物改性中的应用。

壳聚糖是甲壳素脱N-乙酰基的产物，是地球上含量第二丰富的一类线性天然聚合物。壳聚糖分子结构分子内同时含有氨基、乙酰氨基和羟基，反应活性很强，使得壳聚糖具有优异的理化性能并能进行化学修饰反应。壳聚糖具有良好的生物相容性以及成膜性，加上制造成本低、无毒无害，在复合材料改性领域发挥着重要作用。

目前，现有技术在制备同时具有较好导电性能和导热性能的碳纳米管/TPU复合材料时，多选用定向碳纳米管，且用量较大，会导致选料成本的大幅上升，而当选用普通碳纳米管作为改性相时，易在基体中产生团聚而无法改善复合材料性能。

发明内容

针对现有合成方法的不足之处，本发明提供了一种导电导热功能化碳纳米管/TPU复合材料的制备方法，采用本发明方法，在碳纳米管用量相对较少的情况下可得到具备良好导电导热性能的TPU复合材料，具有社会经济效益及应用价值。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

首先，利用壳聚糖改性官能团化碳纳米管得到功能化碳纳米管，将其与TPU原料反应，合成导电导热功能化碳纳米管/TPU复合材料；

具体为：

利用壳聚糖改性官能团化碳纳米管得到功能化碳纳米管，将其与4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯反应，再加入聚四亚甲基醚二醇和1,4-丁二醇经预聚-扩链反应合成所述导电导热功能化碳纳米管/TPU复合材料；其中，所述TPU原料中4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，聚四亚甲基醚二醇，1,4-丁二醇的质量比为25：7.5：1。

所述聚四亚甲基醚二醇为白色蜡状固体，平均分子量为2000，分子量分布范围为1950~2050，羟值为54.7~57.5 mgKOH/g，酸值小于0.05 mgKOH/g，将其放置于110℃真空干燥箱中熔化为透明液体，高温脱水2h备用；所述4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯为MDI-100，其中2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯含量低于2%；所述1,4-丁二醇的羟值为1000~1200mg KOH/g，加入4A分子筛放置于80℃真空烘箱中备用。