[发明专利]一种季铵化碳纳米管改性聚苯乙烯保温板的制备方法和应用

说明书

本发明涉及新材料技术领域，公开了一种季铵化碳纳米管改性聚苯乙烯保温板，经硅烷偶联剂修饰的碳纳米管可以与端环氧基丁腈橡胶反应，得到端环氧基丁腈橡胶改性碳纳米管，其与N‑甲基咪唑发生开环季铵化反应，得到咪唑季铵盐基丁腈橡胶改性碳纳米管，将其与聚苯乙烯共混，再通过平板硫化机压板，最终制备得到了季铵化碳纳米管改性聚苯乙烯保温板，碳纳米管和丁腈橡胶可以吸收应力，咪唑季铵盐可以吸附空气中的水分子，并在复合保温板表面形成水导电吸附层，将静电通过水导电层逸散到空气中，从而结合碳纳米管和咪唑季铵盐的共同作用，有效地增强了复合聚苯乙烯保温板的抗静电性能。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体为一种季铵化碳纳米管改性聚苯乙烯保温板的制备方法和应用。

背景技术

随着人们物质生活水平的不断丰富，对建材的要求也越来越高，传统的建筑外墙保温板虽然能够满足基础的保温需求，但是功能单一的保温板也存在一定的使用隐患，当前市场上使用的保温板基体大多为聚苯乙烯保温板，虽然其拥有热导率低、耐腐蚀和防潮等优异性能，但是在高层建筑中，静电引发的火灾屡见不鲜，因此对聚苯乙烯保温板进行抗静电处理是十分有必要的，虽然当前聚合物改性的方式有很多，但是填充改性无疑是最经济使用的改性手段，即将性能优异的石墨烯、碳纳米管等无机纳米材料填充进聚苯乙烯基体中，通过结合无机纳米材料的优势，可以有效地改善聚苯乙烯的抗静电和力学等综合性能。

碳纳米管是一种强度高、导电性强且硬度大的新型无机纳米材料，近年来也是材料化学领域的宠儿，特别是将其填充进有机高分子材料中，形成性能优异的复合型材料，更是引起了全球研究者们的研发热情，CN108822465A等中国专利公开了一种阻燃保温板及其制备方法，通过将碳纳米管与聚苯乙烯共混，提高聚苯乙烯保温板的机械性能和阻燃性能等综合性能，但是这类专利大多没有对碳纳米管进行改性，因此往往存在碳纳米管发生团聚的问题，而碳纳米管经酸化处理后，表面会含有大量的羟基和羧基等活性官能团，通过这些活性官能团进一步引入季铵盐等抗静电功能性分子，可以有效地增强碳纳米管的功能性，并一定程度上可以改善碳纳米管的分散性，从而进一步拓展碳纳米管的应用范围。

(一)解决的技术问题

本发明提供了一种季铵化碳纳米管改性聚苯乙烯保温板的制备方法和应用，解决了聚苯乙烯保温板抗静电性能较差的问题。

(二)技术方案

(1)向反应器中加入丙酮溶剂和羟基化碳纳米管，超声分散均匀后，继续加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，混合均匀后转移至油浴锅中，在60-80℃下反应4-12h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到氨基化碳纳米管；

(2)向反应器中加入1,4-二氧六环溶剂和氨基化碳纳米管，超声分散20-40min，继续加入端环氧基丁腈橡胶，搅拌至完全溶解后，转移至油浴锅中，升高温度至50-70℃，反应6-18h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到端环氧基丁腈橡胶改性碳纳米管；

(3)向反应器中加入1,4-二氧六环溶剂和端环氧基丁腈橡胶改性碳纳米管，超声分散至完全溶解后，继续加入N-甲基咪唑和促进剂，搅拌均匀后转移至油浴锅中，在氮气氛围中以40-60℃反应10-20h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到咪唑季铵盐基丁腈橡胶改性碳纳米管；

(4)向高速混炼机中加入聚苯乙烯和咪唑季铵盐基丁腈橡胶改性碳纳米管，混合均匀后转移至双螺杆挤出机中进行造粒，使用平板硫化机将制得的母粒压板，得到季铵化碳纳米管改性聚苯乙烯保温板。

优选的，所述步骤(1)中丙酮的质量分数为350-1000份，羟基化碳纳米管的质量分数为10份，3-氨丙基三乙氧基硅烷的的质量分数为2-6份。

优选的，所述步骤(2)中1,4-二氧六环的质量分数为800-2000份，氨基化碳纳米管的质量分数为10份，端环氧基丁腈橡胶的质量分数为15-35份。