專利名稱：一種碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
通常高分子材料的體積電阻率都非常高，約在1010～1020Ω·cm之間，作為電氣絕緣材料的使用無疑是非常優(yōu)良的。但是，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是電子工業(yè)、信息技術(shù)等的迅速發(fā)展，對于具有導(dǎo)電功能的高分子材料的需求愈來愈迫切。世界各國無論是學(xué)術(shù)界還是產(chǎn)業(yè)界都在積極地對這一新興的功能材料進(jìn)行研究與開發(fā)，通過摻入導(dǎo)電填料使絕緣的高分子材料獲得導(dǎo)電性是一種實用、簡便而經(jīng)濟的制備復(fù)合材料的方法，并已在電子、通信、熱控、能源等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。早在20世紀(jì)60年代，國際上就已開始對復(fù)合導(dǎo)電高分子材料進(jìn)行研究，并在70年代中期開始了工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，發(fā)展速度異常迅猛。由于碳納米管特殊的電學(xué)性能，形成的復(fù)合材料可具有抗靜電、微波吸收和電磁屏蔽功能，因此，碳納米管/高分子復(fù)合導(dǎo)電材料已經(jīng)成為目前材料研究的熱點之一。
迄今為止，文獻(xiàn)報道的碳納米管導(dǎo)電復(fù)合材料改性方法一般分為兩類。第一類是采用物理填充或包覆的方法，將碳納米管與有機/無機材料等進(jìn)行簡單的物理復(fù)合，諸如碳納米管/高分子材料的熔融共混，此法在一定程度上提高了碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，但在復(fù)合過程中不能有效地解決碳納米管均勻分散的問題，碳管容易團(tuán)聚，在復(fù)合材料內(nèi)部產(chǎn)生缺陷，降低了材料的機械性能。另一類是以化學(xué)修飾或者通過原位聚合反應(yīng)等得到碳納米管/聚合物復(fù)合材料，雖然碳納米管在基體中的分散均勻性和可加工性能有所改善，但是該方法也存在復(fù)合程度難以控制和復(fù)合材料后處理工藝較復(fù)雜等問題，且在處理過程中碳納米管的結(jié)構(gòu)形貌不可避免的遭到破壞，降低了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種材料導(dǎo)電性能優(yōu)良、復(fù)合工藝簡單的碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法。
本發(fā)明的制備碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的方法，采用的是溶液法，以聚苯乙烯為基體，多壁碳納米管為導(dǎo)電填料，以膽酸鹽為分散介質(zhì)，以有機溶劑為分散劑。包括以下步驟(1)將膽酸鹽溶于有機溶劑中，配制濃度為0.1％～10％的膽酸鹽溶液，將多壁碳納米管加入膽酸鹽溶液中，膽酸鹽與多壁碳納米管的質(zhì)量比為1∶0.1～1∶10，攪拌均勻，形成碳納米管混合液；(2)在碳納米管混合液中加入聚苯乙烯基體，聚苯乙烯基體與碳納米管的質(zhì)量比為100∶0.5～100∶10，攪拌至聚苯乙烯基體完全溶解，經(jīng)純化析出、干燥處理，得到碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料。
本發(fā)明中，所說的膽酸鹽是分子結(jié)構(gòu)如式(I)的去氧膽酸鈉鹽。
式(I)本發(fā)明中，所說的聚苯乙烯基體可以是聚苯乙烯(Polystyrene，PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(Acrylonitrile-butadine-styrene，ABS)。碳納米管是氣流磨粉碎處理過的純度≥95％的多壁碳納米管。
本發(fā)明步驟1)中所說的有機溶劑可以是二甲基甲酰胺(DMF)、二甲苯、乙酸乙酯或十氫萘。
本發(fā)明的有益效果是1)制備工藝安全、簡單，反應(yīng)時間大大縮短，復(fù)合材料的電阻率可以通過調(diào)節(jié)膽酸鹽濃度、復(fù)合基體、聚苯乙烯基體與碳納米管的質(zhì)量比來控制；2)與共混法制備碳納米管/聚苯乙烯納米復(fù)合材料相比，由于膽酸鹽溶液能夠大量、有效的分散多壁碳納米管，因此碳納米管在復(fù)合材料中的分散性明顯改善，解決了以往碳納米管分散效率低的問題。本發(fā)明制得的復(fù)合材料的導(dǎo)電性也比共混法制備的復(fù)合材料的導(dǎo)電性高出幾個數(shù)量級，相對于純聚苯乙烯材料，電阻率更是降低了十幾個數(shù)量級。


圖1是本發(fā)明多壁碳納米管在去氧膽酸鈉溶液中分散后的SEM譜圖；圖2是共混法、溶液法制備的碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料電阻率分布圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實施例1稱取2.5g去氧膽酸鈉，加入400ml DMF溶劑中，攪拌溶解，稱取純度≥95％的多壁碳納米管3g，緩慢倒入去氧膽酸鈉溶液中，超聲后，繼續(xù)攪拌均勻，形成碳納米管混合液。多壁碳納米管在去氧膽酸鈉溶液中分散后的SEM譜圖，見圖1所示。
按照聚苯乙烯(PS)與碳納米管的質(zhì)量比為100∶0.5的比例，稱取聚苯乙烯(PS)600g，分批次加入碳納米管混合液中，充分?jǐn)嚢枞芙?，得到碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的混合液，該混合液經(jīng)丙酮浸泡純化，析出碳納米管/聚苯乙烯粗產(chǎn)物，真空干燥，除去殘余的有機溶劑和副產(chǎn)物，得到碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料。
導(dǎo)電測試結(jié)果顯示此法制備的復(fù)合材料電阻率ρ＝7.73×109Ω·cm，而以共混法制備的0.5wt％碳納米管/聚苯乙烯納米復(fù)合材料電阻率ρ＝8.49×1011Ω·cm(PS原位材料的電阻率ρ＝2.33×1016Ω·cm)。
實施例2稱取2.0g去氧膽酸鈉，加入400mlDMF溶劑中，攪拌溶解，稱取純度≥95％的多壁碳納米管2g，緩慢倒入活性劑溶液中，超聲后，繼續(xù)攪拌均勻，形成碳納米管混合液。
按照聚苯乙烯(PS)與碳納米管的質(zhì)量比為100∶1的比例，稱取聚苯乙烯(PS)200g，分批次加入碳納米管混合液中，充分?jǐn)嚢枞芙猓玫教技{米管/PS納米導(dǎo)電復(fù)合材料的混合液，該混合液經(jīng)丙酮浸泡純化，析出碳納米管/聚苯乙烯粗產(chǎn)物，真空干燥，除去殘余的有機溶劑和副產(chǎn)物，得到碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料。
導(dǎo)電測試結(jié)果顯示此法制備的復(fù)合材料電阻率ρ＝2.20×107Ω·cm，同配比的共混法復(fù)合材料電阻率ρ＝2.51×109Ω·cm。
實施例3稱取5.0g去氧膽酸鈉，加入600ml乙酸乙酯溶劑中，攪拌溶解，稱取純度≥95％的多壁碳納米管3g，緩慢倒入活性劑溶液中，超聲后，繼續(xù)攪拌均勻，形成碳納米管混合液。
按照聚苯乙烯(PS)與碳納米管的質(zhì)量比為100∶3的比例，稱取聚苯乙烯(PS)100g，分批次加入碳納米管混合液中，充分?jǐn)嚢枞芙?，得到碳納米管/PS納米導(dǎo)電復(fù)合材料的混合液，該混合液經(jīng)丙酮浸泡純化，析出碳納米管/聚苯乙烯粗產(chǎn)物，真空干燥，除去殘余的有機溶劑和副產(chǎn)物，得到碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料。
導(dǎo)電測試結(jié)果顯示該復(fù)合材料的電阻率ρ＝72.5Ω·cm，而以共混法制備的3.0wt％碳納米管/PS納米復(fù)合材料電阻率ρ＝5210Ω·cm。
實施例4稱取1.5g去氧膽酸鈉，加入1000ml二甲苯溶劑中，攪拌溶解，稱取純度≥95％的多壁碳納米管3g，緩慢倒入活性劑溶液中，超聲后，繼續(xù)攪拌均勻，形成碳納米管混合液。
按照聚苯乙烯(PS)與碳納米管的質(zhì)量比為100∶6的比例稱取聚苯乙烯(PS)50g，分批次加入碳納米管混合液中，充分?jǐn)嚢枞芙?，得到碳納米管/PS納米導(dǎo)電復(fù)合材料的混合液，該混合液經(jīng)丙酮浸泡純化，析出碳納米管/聚苯乙烯粗產(chǎn)物，真空干燥，除去殘余的有機溶劑和副產(chǎn)物，得到碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料。
導(dǎo)電測試結(jié)果顯示該復(fù)合材料的電阻率ρ＝4.21Ω·cm，而以共混法制備的3.0wt％碳納米管/PS納米復(fù)合材料電阻率ρ＝48.6Ω·cm。
實施例5稱取0.5g去氧膽酸鈉，加入100ml乙酸乙酯溶劑中，攪拌溶解，稱取純度≥95％的多壁碳納米管1g，緩慢倒入活性劑溶液中，超聲后，繼續(xù)攪拌均勻，形成碳納米管混合液。
按照聚苯乙烯(PS)與碳納米管的質(zhì)量比為100∶10的比例稱取聚苯乙烯(PS)10g，分批次加入碳納米管混合液中，充分?jǐn)嚢枞芙?，得到碳納米管/PS納米導(dǎo)電復(fù)合材料的混合液，該混合液經(jīng)丙酮浸泡純化，析出碳納米管/聚苯乙烯粗產(chǎn)物，真空干燥，除去殘余的有機溶劑和副產(chǎn)物，得到碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料。
導(dǎo)電測試結(jié)果顯示該材料的電阻率ρ＝3.20Ω·cm。
實施例6稱取2.5g去氧膽酸鈉，加入1500ml十氫萘溶劑中，攪拌溶解，稱取純度≥95％的多壁碳納米管4g，緩慢倒入溶液中，超聲后，繼續(xù)攪拌均勻，形成碳納米管混合液。
按照丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)與碳納米管的質(zhì)量比為100∶0.5的比例稱取丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)800g，分批次加入碳納米管混合液中，充分?jǐn)嚢枞芙?，最后得到碳納米管/ABS納米導(dǎo)電復(fù)合材料的混合液，該混合液經(jīng)丙酮浸泡純化，析出碳納米管/聚苯乙烯粗產(chǎn)物)，真空干燥，除去殘余的有機溶劑和副產(chǎn)物，得到碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料。
導(dǎo)電測試結(jié)果顯示該材料的電阻率ρ＝2.3×108Ω·m，而該ABS原位材料的電阻率ρ＝5.31×1013Ω·m，電阻率降低了2.3×105倍。
上述實施例的電阻率分布圖見圖2所示。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)將膽酸鹽溶于有機溶劑中，配制濃度為0.1％～10％的膽酸鹽溶液，將多壁碳納米管加入膽酸鹽溶液中，膽酸鹽與多壁碳納米管的質(zhì)量比為1∶0.1～1∶10，攪拌均勻，形成碳納米管混合液；(2)在碳納米管混合液中加入聚苯乙烯基體，聚苯乙烯基體與碳納米管的質(zhì)量比為100∶0.5～100∶10，攪拌至聚苯乙烯基體完全溶解，經(jīng)純化析出、干燥處理，得到碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所說的膽酸鹽是分子結(jié)構(gòu)如式(I)的去氧膽酸鈉鹽。 式(I)
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所說的聚苯乙烯基體是聚苯乙烯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所說的碳納米管是氣流磨粉碎處理過的純度≥95％的多壁碳納米管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于步驟1)中所說的有機溶劑是二甲基甲酰胺、二甲苯、乙酸乙酯或十氫萘。
全文摘要
本發(fā)明涉及碳納米管/聚苯乙烯納米導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它以聚苯乙烯和多壁碳納米管為復(fù)合基體，以膽酸鹽為分散介質(zhì)，以有機溶劑為分散劑，通過溶液法制備獲得。該方法制備工藝安全、簡單，反應(yīng)時間大大縮短，復(fù)合材料的電阻率可以通過調(diào)節(jié)膽酸鹽濃度、復(fù)合基體、聚苯乙烯基體與碳納米管的質(zhì)量比來控制；本發(fā)明方法與共混法制備碳納米管/聚苯乙烯納米復(fù)合材料相比，由于膽酸鹽溶液能夠大量、有效的分散多壁碳納米管，因此碳納米管在復(fù)合材料中的分散性明顯改善，解決了以往碳納米管分散效率低的問題。本發(fā)明制得的復(fù)合材料的導(dǎo)電性也比共混法制備的復(fù)合材料的導(dǎo)電性高出幾個數(shù)量級，相對于純聚苯乙烯材料，電阻率更是降低了十幾個數(shù)量級。
文檔編號C08K3/00GK1793216SQ200510062318
公開日2006年6月28日 申請日期2005年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月29日
發(fā)明者黃德歡, 施新華, 陳永良 申請人:黃德歡