一種高導電性復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種高導電性納米復合材料及其制備方法。該高導電性納米復合材料包括結晶型聚合物、碳納米管及結晶型聚合物的有機成核劑，其制備方法是將上述三種原料按照一定的比例和次序在二甲苯溶劑中混合，采用持續超聲的條件下溶劑揮發制得。本方法簡單、易于操作，可以通過簡便的方法得到導電性好、綜合性能優良的導電復合材料，該復合材料可以廣泛的應用于汽車、電子及電子儀器、辦公設備、工業機械等領域，可以滿足和擴大結晶型高分子材料在導電材料、電磁屏蔽等領域的應用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種高導電性復合材料及其制備方法，具體地，涉及結晶型聚合物/碳納米管復合材料，屬于高分子基復合材料制備及碳納米管改性領域。
技術介紹
碳納米管由于具有優異并且獨特的機械、熱學及電學性能而一躍成為國內外學者研究的熱點。近年來，在實際的工業生產中，碳納米管由于其量產規模小、成本高昂成為限制其廣泛應用的因素；在碳納米管增強聚合物基復合材料中，由于碳納米管管壁之間的范德華力的作用，碳納米管束的剝離及其分散后在基體中的相容性是制備碳納米管復合材料的關鍵所在。因此，碳納米管的改性對于其在聚合物中的良好分散和界面相容性具有重要的應用價值。目前碳納米管的功能化研究方法主要有共價鍵改性和非共價鍵改性兩個方面。共價鍵改性就是將功能化基團直接鍵接到碳管的表面或者是碳管表面上的缺陷位置，也可以通過原位聚合反應在碳納米管表面包裹上一層牢固的聚合物層，在2005年Chemistry?Materials，17卷1290～1295頁報道中：借助于H2SO4/HNO3混酸溶液對碳納米管（CNTs）進行處理，獲得表面帶有羧基的改性碳納米管，隨后可以對羧基進行一系列的化學修飾以引入不同的官能團，共價鍵改性在一定程度上破壞了碳納米管的結構，這就導致了碳納米管的力學和電學性能的降低，影響了其在復合材料中性能的發揮。非共價鍵改性則是采用表面活性劑、齊聚物或者無機功能分子對碳納米管進行物理吸附改性，一方面以增強其可溶性，另外一方面可以提高其在基體中的相容性，同時也影響基體的一些性質。2006年Journal?of?American?Chemistry?Society，128卷1692～1699介紹了非共價鍵包覆方法將具有芳香環的小分子或者聚合物與碳納米管的管壁石墨結構之間弱的π-π共軛作用，引入一些活性基團。本專利技術采用芳香族類有機成核劑非共價鍵修飾碳納米管，既可以在保證碳納米管結構不被破壞的前提下提高碳納米管在基體中的分散性和相容性，同時通過有機成核劑對基體結晶過程的影響，控制微晶區的尺寸來實現碳納米管網絡的優化。
技術實現思路
針對以上現有技術中存在的問題，本專利技術的目的在于提出一種材料性能優良、復合工藝簡單的碳納米管復合改性材料及其制備方法。本專利技術提出的碳納米管復合改性材料，針對碳納米管的表面修飾，利用芳香族的有機成核劑來改性碳納米管，通過π-π共軛作用將其吸附到碳納米管表面，不但能提高碳納米管在溶液中的分散性，增強碳納米管與結晶型聚合物間的相容性，而且有機成核劑可以通過影響聚合物的結晶過程，包括結晶的晶區大小、排布和晶型等來優化碳納米管網絡結構，制備出成本低、綜合物理機械性能好、導電性能好的結晶型聚合物/碳納米管復合材料。本專利技術的技術方案如下：-->本專利技術提出的一種高導電性復合材料，其特征在于，包括94.0～99.4%的結晶型聚合物、0.5～5.0%的碳納米管及0.1～1.0%的有機成核劑。所述結晶型聚合物選自聚丙烯（PP）或聚酰胺。所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或者多壁碳納米管。所述有機成核劑采用芳基類的芳基二羧酸酰胺、苯甲酰類的二[4-（1,1-二甲基乙基）苯甲酰-氧]氫氧化鋁，其化學結構式分別如下式所示：?????????????????????????????????????????????????所述有機成核劑與所述碳納米管之間的作用為非共價鍵π-π共軛吸附作用。所述高導電性納米復合材料的制備方法，包括如下步驟：a）配置碳納米管-有機成核劑的鄰二氯苯溶液：將碳納米管和有機成核劑加入鄰二氯苯或十氫萘中，在15～45℃環境下超聲分散40～120min，配置的碳納米管-鄰二氯苯或十氫萘溶液的濃度（以碳納米管中質量和鄰二氯苯或十氫萘的體積計）為0.1～1.0?mg/ml；b）將超聲后的溶液置于0℃的冰水浴中0.5～1.0?h后，使用孔徑在0.45μm的濾紙繼續在0℃的環境下過濾，這樣在濾紙上得到了有機成核劑改性的碳納米管。最后將改性的碳納米管重新分散在溶劑（如甲苯或二甲苯）中，超聲分散0.5～1.0?h，得到穩定的有機成核劑修飾的碳納米管溶液；c）將步驟b）中制備的有機成核劑修飾的碳納米管溶液逐滴滴加到溶有結晶型聚合物的熱溶液（110～150℃）中，再將體系保持于110～150℃的環境中持續超聲直至大部分的溶劑揮發；d）取出步驟c）中的最后產物，放置于90℃的真空烘箱中12～24h，這樣就得到了結晶型聚合物/碳納米管復合材料。所述碳納米管是單壁碳納米管、雙壁碳納米管或者多壁碳納米管。所述有機成核劑的用量為結晶型聚合物質量的0.1～1.0%。通過使用本方法制備的導電復合材料與傳統的聚合物/碳納米管復合材料具有以下的突出優點：通過向結晶型聚合物/碳納米管復合材料中添加有機成核劑非共價鍵改性的碳納米管，對結晶型聚合物有以下影響：1）改變聚合物結晶度，由于碳納米管只能存在于結晶型聚合物中的非晶部分，所以這會改變碳納米管在結晶型聚合物中分布的有效體積；2）有機成核劑通過非共價鍵方式吸附在碳納米管表面有利于提高碳納米管在基體中的分散；3）有效的提高碳納米管與結晶型聚合物之間的界面結合力；4）影響結晶型聚合物的結晶行為，晶粒細化有利于碳納米管在聚合物中的排布，可大幅度提高復合材料的導電率，電導率達到10-2?S/cm。而且由于碳納米管的用量很少及復合材料中β晶型的存在，還可以保持聚合物的斷裂伸長率，從而達到以低成本制備高電導率復合材料的目的，具有重要的學術意義和應用價值。-->附圖說明圖1是實施例1結晶型聚合物/有機β成核劑修飾碳納米管（5.0wt）復合材料的場發射掃描電鏡圖。圖2是實施例4結晶型聚合物/有機α成核劑修飾碳納米管（5.0wt）復合材料的場發射掃描電鏡圖。具體實施方式下面通過實施例對本專利技術進行具體描述。有必要在此指出的是以下實施例只用于對本專利技術作進一步說明，不能理解為對本專利技術保護范圍的限制，該領域的專業技術人員根據本專利技術的內容作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本專利技術的保護范圍。實施例??11）將5.0wt%多壁碳納米管和0.75wt%有機β成核劑——芳基類的芳基二羧酸酰胺加入到裝有100ml鄰二氯苯的圓底燒瓶中，室溫下超聲處理2h后在0℃的冰水浴中靜置0.5h，保持此溫度下用0.22μm微孔濾膜過濾，得到0.10wt%含量的有機β成核劑改性多壁碳納米管，在將其超聲分散于二甲苯溶劑中得到分散液；2）稱取94.9wt%聚丙烯在攪拌環境下溶于140℃的二甲苯溶劑中，之后將1）中的分散液滴加至此熱二甲苯中，持續超聲3h至大部分的二甲苯溶液揮發；3）將2）中得到的產物置于90℃的真空烘箱中真空干燥24h。得到芳基類的芳基二羧酸酰胺改性的碳納米管/聚丙烯的復合材料。圖1是該實施例產物結晶型聚合物/有機β成核劑修飾碳納米管（5.0wt）復合材料的場發射掃描電鏡圖。實施例??21）將5.0wt%多壁碳納米管和1.65wt%有機β成核劑——芳基類的芳基二羧酸酰胺加入到裝有100ml鄰二氯苯的圓底燒瓶中，室溫下超聲處理2h后在0℃的冰水浴中靜置0.5h，保持此溫度下用0.45μm微孔濾膜過濾，得到1.0wt%含量的有機β成核劑改性多壁碳納米管，在將其超聲分散于甲苯溶劑中得到分散液；2）稱取94.0wt%本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種高導電性納米復合材料，其特征在于，包括如下重量百分比表示的組分：94.0～99.4%的結晶型聚合物、0.5～5.0%的碳納米管及0.1～1.0%的有機成核劑。2.根據權利要求1所述的高導電性納米復合材料，其特征在于，所述結晶型聚合物選自聚丙烯或聚酰胺。3.根據權利要求1所述的高導電性納米復合材料，其特征在于，所述碳納米管采用單壁碳納米管、雙壁碳納米管或者多壁碳納米管。4.根據權利要求1所述的高導電性納米復合材料，其特征在于，所述有機成核劑采用芳基類的芳基二羧酸酰胺、苯甲酰類的二[4-（1,1-二甲基乙基）苯甲酰-氧]氫氧化鋁，其化學結構式分別如下式所示。5.根據權利要求1或4所述的高導電性納米復合材料，其特征在于，所述有機成核劑與所述碳納米管之間的作用為非共價鍵π-π共軛吸附作用。6.權利要求1的高導電性納米復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：a）配置碳納米管-有機成核劑的鄰二氯苯溶液：將碳納米管和有機成核劑加入鄰二氯苯（DCB）或十氫萘中，在15～45℃環境下超聲分散40～120min；??以碳...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張玲，王政華，李春忠，胡斌，
申請(專利權)人：華東理工大學，上海漢特工程塑料有限公司，
類型：發明
國別省市：31