專利名稱：一種碳納米管/聚合物導電復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化工制備方法，尤其是一種導電復合材料的制備方法。
背景技術：
復合型導電高分子材料多由導電填料和聚合物共混而成，它們已在抗靜電和電磁屏蔽等 領域得到廣泛應用。電阻率正溫系數(shù)效應(PTC)材料是其中一種具有特殊功能的導電髙分子 復合材料。這種特殊功能材料的基本原理是利用由導電填料形成的導電網(wǎng)絡對外界溫度的變 化所作出的響應(表現(xiàn)為電阻率的變化)來起到控制或傳感作用。高分子PTC材料已作為過 載保護或自控溫元件在通訊、微電子等領域得到廣泛應用。高分子PTC材料通常由炭黑填充 聚乙烯而成，作為過載保護元件，要求材料具有盡可能低的室溫電阻率和足夠高的PTC強度。 人們可通過增大炭黑含量來提高導電率，但這樣往往會降低材料的PTC強度，同時導致加工 困難和力學性能變差。因此，開發(fā)一種新的高分子PTC材料成為目前研究的一個重點。
碳納米管具有一維中空的納米結構，管徑一般為幾個納米到幾十納米，管長可達幾十微 米甚至更長，比表面積大，機械強度高，電學性能優(yōu)異，同時還有獨特的金屬或半導體導電 性，有著廣泛的應用前景。并且由于碳納米管和聚合物具有結構相似性，將二者混合可以揚 長避短，制備出高性能甚至某些特殊功能的復合材料，可用于導電、抗靜電、電磁屏蔽、微 波吸收等領域，甚至碳納米管與有些聚合物復合具有阻溫特性，可用于自控溫加熱和自恢復 過載保護，具有廣闊的應用前景。但是也正因為碳納米管比表面積大，再加上強烈的范德華 力，使其相互纏結，在聚合物中的分散效果差，使碳納米管在聚合物復合材料中的應用受到 制約。中國專利02113457. X和200410011336. 4分別公開了碳納米管/聚合物的原位本體聚合 制備方法和碳納米管/PE復合材料的原位聚合制備方法，但這兩種方法都是在碳納米管存在 的條件下通過單體聚合制備復合材料。國內也有人用熔融共混的方法制備碳納米管/HDPE復 合導電材料，但這種方法難以使碳納米管得到良好的分散效果。沈陽化學研究所采用溶液沉 淀法，將碳納米管用超聲波分散到乙醇溶液中，然后和溶有HDPE的二甲苯溶液混合，再次超 聲分散、攪拌，最后沉淀過濾制備碳納米管/HDPE導電復合材料，但碳納米管在乙醇溶液中 分散穩(wěn)定性較差，容易重新團聚。尤其對于高填充量的碳納米管/聚合物復合材料，以上述各 種方法根本無法實現(xiàn)均勻分散。

發(fā)明內容
為了克服現(xiàn)有技術不能均勻分散碳納米管的不足，本發(fā)明提供了一種制備碳納米管/聚合 物導電復合材料的方法，能夠實現(xiàn)高填充量下碳納米管的均勻分散。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟，其中所述原料份數(shù)除特殊說明 外，均為質量份數(shù)
步驟1.將聚合物0. 3 0. 8份加入到18. 9 57. 8份溶劑中，在110 150'C的溫度下恒 溫l 10h，并不斷攪拌，直至聚合物充分溶解到溶劑中，然后停止加熱冷卻到室溫；
步驟2.取0.054 0.008份碳納米管，與80.746 41.392份的溶劑混合，然后在功率 為450 900W的超聲波粉碎儀中超聲分散5 30min，使碳納米管均勻分散到溶劑中；
步驟3.將步驟1和步驟2所形成的兩種溶液混合，置于450 900W的超聲波粉碎儀中 超聲分散5 30min，使碳納米管、聚合物、溶劑混合均勾；
步驟4.使用慢速定性濾紙抽濾步驟3所得混合溶液；
步驟5.將步驟4過濾所得固體混合物在80 10(TC下抽真空干燥l() 50h，直至恒重； 步驟6.將步驟5所得干燥固體物質熱壓成型，即可得到碳納米管/聚合物導電復合材料。 其中，上述步驟中的聚合物為高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯中的至少一種； 碳納米管為平均直徑0. 5 200nm，平均長度500nm 20nm的單壁碳納米管(S,Ts)或多壁 碳納米管(MWNTs)的至少一種。溶劑為甲苯、二甲苯、鄰二氯苯、四氫萘、十氫萘中的至少 一種。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明使得碳納米管在聚合物中的分散均勻，客服了熔融共混碳 納米管團聚的缺點，尤其是解決了高填充量碳納米管在聚合物中的均勻分散問題。本發(fā)明操 作流程簡單，可用于許多可溶性聚合物與碳納米管復合材料的制備。用本發(fā)明方法制備的高 長徑比碳納米管/高密度聚乙烯復合材料具有較低的滲濾閾值；均勻分散的高填充量低長徑比
碳納米管/高密度聚乙烯復合材料具有良好的PTC效應；
下面結合實施例對本發(fā)明進一步說明。
具體實施例方式
實施例1:
步驟l.將高密度聚乙烯2g加入到鄰二氯苯100g中，在120。C的溫度下恒溫2 8h，并
不斷攪拌，直至聚合物充分溶解到鄰二氯苯中，然后停止加熱，冷卻到室溫；
步驟2.將平均直徑為10 20nm，平均長度為5 15網(wǎng)的MWNTs20mg與鄰二氯苯100g 混合，在功率為650W、頻率為20 25KHz的超聲波粉碎儀中超聲分散10min，使MWNTs均勻 分散到鄰二氯苯中；
步驟3.將步驟1和步驟2所形成的兩種溶液混合，置于650W的超聲波粉碎儀中超聲分 散10min，使MWNTs、高密度聚乙烯、鄰二氯苯混合均勻； 步驟4.使用慢速定性濾紙抽濾步驟3所得混合溶液；
步驟5.將步驟4過濾所得固體混合物在80 100'C下抽真空干燥10 50h，直至恒重； 步驟6.將步驟5所得干燥固體物質熱壓成型，即可得到MWNTs/高密度聚乙烯導電復合 材料。
實施例2:
步驟1.將高密度聚乙烯lg加入到鄰二氯苯70g中，在12(TC的溫度下恒溫2 8h，并 不斷攪拌，直至聚合物充分溶解到溶劑中，然后停止加熱冷卻到室溫；
步驟2.將平均直徑為60 100nm，平均長度為5 25pm的MWNTsO. 2g與鄰二氯苯300g 混合，在功率為900W、頻率為20 25KHz的超聲波粉碎儀中超聲分散20min,使M謂Ts均勻 分散到鄰二氯苯中；
步驟3.將步驟1和步驟2所形成的兩種溶液混合，置于900W的超聲波粉碎儀中超聲分 散30min，使MWNTs、高密度聚乙烯、鄰二氯苯混合均勻； 步驟4.使用慢速定性濾紙抽濾步驟3所得混合溶液；
步驟5.將步驟4過濾所得固體混合物在80 10(TC下抽真空干燥10 50h，直至恒重； 步驟6.將步驟5所得干燥固體物質熱壓成型，即可得到MWNTs/高密度聚乙烯導電復合 材料。
實施例3:
步驟1.將高密度聚乙烯2g加入到二甲苯100g中，在ll(TC的溫度下恒溫2 8h，并不 斷攪拌，直至聚合物充分溶解到二甲苯中，然后停止加熱冷卻到室溫；
步驟2.將平均直徑為10 20nm，平均長度為l~20nm的MWNTs20mg與二甲苯100g混合， 在功率為650W、頻率為20 25KHz的超聲波粉碎儀中超聲分散l(kin，使MWNTs均勻分散到 二甲苯中；
步驟3.將步驟1和步驟2所形成的兩種溶液混合，置于650W的超聲波粉碎儀中超聲分 散10min,使MWNTs、高密度聚乙烯、二甲苯混合均勻； 步驟4.使用慢速定性濾紙抽濾步驟3所得混合溶液；
步驟5.將步驟4過濾所得固體混合物在80 10(TC下抽真空干燥10 50h，直至恒重； 步驟6.將步驟5所得干燥固體物質熱壓成型，即可得到MWNTs/高密度聚乙烯導電復合 材料。
實施例4:
步驟l.將超高分子量聚乙烯lg加入到二甲苯100g中，在110。C的溫度下恒溫2 8h， 并不斷攪拌，直至聚合物充分溶解到二甲苯中，然后停止加熱冷卻到室溫；
步驟2.將平均直徑為40 60nm，平均長度為1 2urn的SWNTs20呢與二甲苯10(k混合，25KHz的超聲波粉碎儀中超聲分散15rain，使SWNTs均勻分散到 二甲苯中；
步驟3.將步驟1和步驟2所形成的兩種溶液混合，置于650W的超聲波粉碎儀中超聲分 散10min,使SWNTs、超高分子量聚乙烯、二甲苯混合均勻； 步驟4.使用慢速定性濾紙抽濾步驟3所得混合溶液；
步驟5.將步驟4過濾所得固體混合物在80 10(TC下抽真空干燥10 50h，直至恒重； 步驟6.將步驟5所得干燥固體物質熱壓成型，即可得到SWNTs/超高分子量聚乙烯導電 復合材料。
權利要求
1、一種碳納米管/聚合物導電復合材料的制備方法，其特征在于包括下述步驟(a)將聚合物0.3～0.8份加入到18.9～57.8份溶劑中，在110～150℃的溫度下恒溫1～10h，并不斷攪拌，直至聚合物充分溶解到溶劑中，然后停止加熱冷卻到室溫；(b)取0.054～0.008份CNTs，與80.746～41.392份的溶劑混合，然后在功率為450～900W的超聲波粉碎儀中超聲分散5～30min，使碳納米管均勻分散到溶劑中；(c)步驟(a)和步驟(b)所形成的兩種溶液混合，置于450～900W的超聲波粉碎儀中超聲分散5～30min，使碳納米管、聚合物、溶劑混合均勻；(d)使用慢速定性濾紙抽濾步驟(c)所得混合溶液；(e)將步驟(d)過濾所得固體混合物在80～100℃下抽真空干燥10～50h，直至恒重；(f)將步驟(e)所得干燥固體物質熱壓成型，即可得到碳納米管/聚合物導電復合材料。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種碳納米管/聚合物導電復合材料的制備方法，其特征在于-所述聚合物為高密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯中的至少一種。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種碳納米管/聚合物導電復合材料的制備方法，其特征在于 所述碳納米管為平均直徑0.5 200mn，平均長度500nm 20p的單壁碳納米管或多 壁碳納米管的至少一種。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種碳納米管/聚合物導電復合材料的制備方法，其特征在于 所述溶劑為甲苯、二甲苯、鄰二氯苯、四氫萘、十氫萘中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管/聚合物導電復合材料的制備方法，將聚合物0.3～0.8份加入到18.9～57.8份溶劑中，在110～150℃的溫度下恒溫并不斷攪拌至聚合物充分溶解，冷卻到室溫；取0.054～0.008份碳納米管與80.746～41.392份的溶劑混合，在超聲波粉碎儀中超聲分散使碳納米管均勻分散到溶劑中；將所形成的兩種溶液混合，置于超聲波粉碎儀中超聲分散使其混合均勻；使用慢速定性濾紙抽濾混合溶液；將所得固體混合物在80～100℃下抽真空干燥至恒重；將所得干燥固體物質熱壓成型，即可得到碳納米管/聚合物導電復合材料。本發(fā)明使得碳納米管在聚合物中的分散均勻。
文檔編號C08J3/20GK101173051SQ20071001889
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月18日 優(yōu)先權日2007年10月18日
發(fā)明者劉文亮, 孔德鵬, 季鐵正 申請人:西北工業(yè)大學