本發(fā)明屬于導(dǎo)電/抗靜電高分子材料領(lǐng)域，尤其涉及一種碳納米管母料及其制備方法。

背景技術(shù)：

在碳納米管/高分子復(fù)合材料中，碳納米管賦予材料高強(qiáng)度、高電導(dǎo)率、高熱穩(wěn)定性等優(yōu)異的物理性能，而高分子賦予材料柔性、低成本、易加工等優(yōu)異的性能。事實(shí)上，這些復(fù)合材料已經(jīng)開始應(yīng)用在人們的生活中。目前使用比較廣泛的是在塑料中引入碳納米管制備抗靜電的復(fù)合材料。一些高端體育產(chǎn)品如網(wǎng)球拍引入碳納米管復(fù)合材料，提高產(chǎn)品的機(jī)械性能。在21世紀(jì)，碳納米管/高分子復(fù)合材料兩個(gè)主要應(yīng)用方向是高性能結(jié)構(gòu)材料和能源領(lǐng)域。

一方面，由于碳納米管的表觀密度很小，直接使用時(shí)會(huì)到處飛揚(yáng)，導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重。勞動(dòng)條件差，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)環(huán)境粉塵長(zhǎng)期超標(biāo)，嚴(yán)重危害工人健康。另一方面，由于碳納米管的表觀密度小，與其他塑料顆粒的密度相差很大，直接添加時(shí)分散不均勻，下料困難。

目前，現(xiàn)有技術(shù)一般采用溶劑法，先將高分子材料完全溶解于良溶劑，然后再與碳納米管混合制成母料。將高分子材料完全溶解于良溶劑，在超聲攪拌的條件下加入碳納米管混合均勻。待良溶劑揮發(fā)完全，然后，在粉碎機(jī)中粉碎得到高碳納米管含量的碳納米管母料。然而，這種制備過(guò)程中需要消耗大量的溶劑和能量，溶劑揮發(fā)時(shí)，環(huán)境污染嚴(yán)重。而且，只適合那些容易溶解的高分子材料，對(duì)于一些難溶解的高分子材料，需要使用的溶劑量更大。對(duì)于一些需使用特殊溶劑或者危險(xiǎn)溶劑的高分子材料會(huì)帶來(lái)一定的危害性。

還有采用先采用化學(xué)合成方法，用聚合物對(duì)碳納米管進(jìn)行包覆，然后與載體樹脂混合制成母料。這種方法先要進(jìn)行合成包覆，也需要消耗大量的溶劑和能量；而且經(jīng)過(guò)兩次制備，工藝復(fù)雜，所得產(chǎn)品碳納米管含量低，母料的電阻率高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明公開了一種碳納米管母料及其制備方法，將碳納米管制備成母料顆粒，除具有很好的導(dǎo)電性，電阻率低，還能對(duì)相應(yīng)的高分子材料進(jìn)行增強(qiáng)增韌；同時(shí)避免碳納米管到處飛揚(yáng)，可以顯著改善勞動(dòng)條件和勞動(dòng)強(qiáng)度；且本發(fā)明的碳納米管母料使所得到材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性更加優(yōu)良。

對(duì)此，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種碳納米管母料，其包含的組分及其重量百分比為：碳納米管10％～40％，偶聯(lián)劑1％～5％，高分子材料載體40～80％，相容劑20～30％，潤(rùn)滑劑10～20％。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，碳納米管15％～25％，偶聯(lián)劑2％～4％，高分子材料載體50～70％，相容劑22～26％，潤(rùn)滑劑13～18％。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述潤(rùn)滑劑為乙撐雙脂肪酸酰胺(ebs)、乙撐雙脂肪酸酰胺的衍生物、擴(kuò)散油、液體石蠟、pe蠟、氧化pe蠟、鯨蠟、硬脂酸、硬脂酸丁酯、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣中的一種或幾種的混合物。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高分子材料載體為eva、三元乙丙橡膠(epdm)、poe、高膠粉、順丁橡膠、天然橡膠、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(mbs)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物、苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物、丙烯酸酯類系列改性劑中的一種或幾種的混合物。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述相容劑為高分子材料的馬來(lái)酸酐接枝物、丙烯酸接枝物或者甲基丙烯酸接枝物的一種或幾種的混合物。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述相容劑為hdpe-g-mah、pp-g-mah、san-g-mah、epdm-g-mah、sebs-g-mah、ps-g-mah、eva-g-mah、poe-g-mah中的一種或幾種的混合物。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述碳納米管母料采用以下步驟進(jìn)行制備：

步驟s1，先用溶劑稀釋偶聯(lián)劑得到稀釋后的偶聯(lián)劑，然后采用稀釋后的偶聯(lián)劑對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕，其中，所述溶劑的重量為碳納米管重量的8～15倍；

步驟s2，待溶劑揮發(fā)后，將潤(rùn)濕后的碳納米管與高分子材料載體及其他助劑按照配比進(jìn)行混煉，混煉均勻后，經(jīng)過(guò)擠出造?；蛘咧苯悠扑?，得到母料顆粒。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s1中，所述溶劑的重量為碳納米管重量的10～12倍。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s1中，所述溶劑為酒精、丙酮或環(huán)己烷的至少一種。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s2中，所述混煉的設(shè)備為雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)。

本發(fā)明還公開了一種如上所述的碳納米管母料的制備方法，其特征在于：其包括以下步驟：

步驟s1，先用溶劑稀釋偶聯(lián)劑得到稀釋后的偶聯(lián)劑，然后采用稀釋后的偶聯(lián)劑對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕，其中，所述溶劑的重量為碳納米管重量的8～15倍；

步驟s2，待溶劑揮發(fā)后，將潤(rùn)濕后的碳納米管與高分子材料載體及其他助劑按照配比進(jìn)行混煉，混煉均勻后，經(jīng)過(guò)擠出造?；蛘咧苯悠扑?，得到母料顆粒。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s1中，所述溶劑的重量為碳納米管重量的10～12倍。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s1中，所述溶劑為酒精、丙酮或環(huán)己烷的至少一種。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s2中，所述混煉的設(shè)備為雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

第一，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠促進(jìn)母料使用時(shí)的進(jìn)一步分散，得到電阻率低，導(dǎo)電率高的母料，且所用母料的載體為彈性體聚合物，能對(duì)最終使用高分子材料額外、更好的產(chǎn)生增韌作用，能顯著提高最終材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。

第二，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，先采用溶劑稀釋偶聯(lián)劑，然后對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕，能減少碳納米管表觀密度，減少其揚(yáng)塵危害。通過(guò)雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)的強(qiáng)力混煉，有利于碳納米管分散均勻。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的較優(yōu)的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種碳納米管母料配方，其重量比例為碳納米管20％，偶聯(lián)劑2％，高分子材料載體50％，相容劑20％，潤(rùn)滑劑8％。其中偶聯(lián)劑為kh590，高分子載體為eva，相容劑為eva-g-mah，潤(rùn)滑劑為ebs。

其制備方法為：先用10倍碳納米管重量的酒精稀釋偶聯(lián)劑，然后對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕。待溶劑揮發(fā)，將潤(rùn)濕后的碳納米管與高分子材料及其他助劑按照一定的配方加入至雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)中進(jìn)行混煉，混煉均勻后取出進(jìn)一步擠出造?；蛘咧苯悠扑?，得到母料顆粒。

將其所得母料加入至pc中，加入10％的母料時(shí)，即碳納米管的含量為2％，所得pc材料的表面電阻低于為10⁷ω/sqr，其他性能見表1

實(shí)施例2

一種碳納米管母料配方，其重量比例為碳納米管20％，偶聯(lián)劑2％，高分子材料載體50％，相容劑20％，潤(rùn)滑劑8％。其中偶聯(lián)劑為kh580，高分子載體為eva，相容劑為eva-g-mah，潤(rùn)滑劑為ebs。

其制備方法為：先用10倍碳納米管重量的酒精稀釋偶聯(lián)劑，然后對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕。待溶劑揮發(fā)，將潤(rùn)濕后的碳納米管與高分子材料及其他助劑按照一定的配方加入至雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)中進(jìn)行混煉，混煉均勻后取出進(jìn)一步擠出造?；蛘咧苯悠扑?，得到母料顆粒。

將其所得母料加入至pc中，加入10％的母料時(shí)，即碳納米管的含量為2％，所得pc材料的表面電阻低于為10⁷ω/sqr，其他性能見表1。

實(shí)施例3

一種碳納米管母料配方，其重量比例為碳納米管20％，偶聯(lián)劑2％，高分子材料載體50％，相容劑20％，潤(rùn)滑劑8％。其中偶聯(lián)劑為kh580，高分子載體為poe，相容劑為poe-g-mah，潤(rùn)滑劑為ebs。

其制備方法為先用10倍碳納米管重量的酒精稀釋偶聯(lián)劑，然后對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕。待溶劑揮發(fā)，將潤(rùn)濕后的碳納米管與高分子材料及其他助劑按照一定的配方加入至雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)中進(jìn)行混煉，混煉均勻后取出進(jìn)一步擠出造粒或者直接破碎，得到母料顆粒。

將其所得母料加入至pc中，加入10％的母料時(shí)，即碳納米管的含量為2％，所得pc材料的表面電阻低于為10⁷ω/sqr，其他性能見表1。

實(shí)施例4

一種碳納米管母料配方，其重量比例為碳納米管20％，偶聯(lián)劑2％，高分子材料載體50％，相容劑20％，潤(rùn)滑劑8％。其中偶聯(lián)劑為kh590，高分子載體為mbs，相容劑為mbs-g-mah，潤(rùn)滑劑為ebs。

其制備方法為：先用10倍碳納米管重量的酒精稀釋偶聯(lián)劑，然后對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕。待溶劑揮發(fā)，將潤(rùn)濕后的碳納米管與高分子材料及其他助劑按照一定的配方加入至雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)中進(jìn)行混煉，混煉均勻后取出進(jìn)一步擠出造粒或者直接破碎，得到母料顆粒。

將其所得母料加入至pc中，加入10％的母料時(shí)，即碳納米管的含量為2％，所得pc材料的表面電阻低于為10⁷ω/sqr，其他性能見表1。

實(shí)施例5

一種碳納米管母料配方，其重量比例為碳納米管10％，偶聯(lián)劑2％，高分子材料載體60％，相容劑20％，潤(rùn)滑劑8％。其中偶聯(lián)劑為kh580，高分子載體為mbs，相容劑為mbs-g-mah，潤(rùn)滑劑為ebs。

其制備方法為先用10倍碳納米管重量的酒精稀釋偶聯(lián)劑，然后對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕。待溶劑揮發(fā)，將潤(rùn)濕后的碳納米管與高分子材料及其他助劑按照一定的配方加入至雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)中進(jìn)行混煉，混煉均勻后取出進(jìn)一步擠出造粒或者直接破碎，得到母料顆粒。

將其所得母料加入至pc中，加入20％的母料時(shí)，即碳納米管的含量為2％，所得pc材料的表面電阻低于為10⁶ω/sqr，其他性能見表1。

實(shí)施例6

一種碳納米管母料配方，其重量比例為碳納米管40％，偶聯(lián)劑2％，高分子材料載體30％，相容劑20％，潤(rùn)滑劑8％。其中偶聯(lián)劑為kh580，高分子載體為mbs，相容劑為mbs-g-mah，潤(rùn)滑劑為ebs。

其制備方法為先用10倍碳納米管重量的酒精稀釋偶聯(lián)劑，然后對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕。待溶劑揮發(fā)，將潤(rùn)濕后的碳納米管與高分子材料及其他助劑按照一定的配方加入至雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)中進(jìn)行混煉，混煉均勻后取出進(jìn)一步擠出造?；蛘咧苯悠扑椋玫侥噶项w粒。

將其所得母料加入至pc中，加入5％的母料時(shí)，即碳納米管的含量為2％，所得pc材料的表面電阻低于為10⁷ω/sqr，其他性能見表1。

實(shí)施例7

一種碳納米管母料配方，其重量比例為碳納米管20％，偶聯(lián)劑2％，高分子材料載體50％，相容劑20％，潤(rùn)滑劑8％。其中偶聯(lián)劑為kh580，高分子載體為mbs，相容劑為mbs-g-mah，潤(rùn)滑劑為ebs。

其制備方法為先用10倍碳納米管重量的酒精稀釋偶聯(lián)劑，然后對(duì)碳納米管進(jìn)行潤(rùn)濕。待溶劑揮發(fā)，將潤(rùn)濕后的碳納米管與高分子材料及其他助劑按照一定的配方加入至雙螺桿擠出機(jī)、密煉機(jī)或開煉機(jī)中進(jìn)行混煉，混煉均勻后取出進(jìn)一步擠出造?；蛘咧苯悠扑椋玫侥噶项w粒。

將其所得母料加入至尼龍中，加入10％的母料時(shí)，即碳納米管的含量為2％，所得尼龍材料的表面電阻低于為10⁸ω/sqr，其他性能見表1。

對(duì)比實(shí)施例1

直接在pc中添加2％碳納米管，所得pc材料的表面電阻高于為10⁹ω/sqr，其他性能見表1。

對(duì)比實(shí)施例2

直接在尼龍中添加2％碳納米管，所得pa材料的表面電阻高于為10¹⁰ω/sqr，其他性能見表1。

表1實(shí)施例1～6及對(duì)比對(duì)比例1～3的性能對(duì)比表

通過(guò)上述實(shí)施例1～5以及對(duì)比實(shí)施例1～2的比較可見，采用本發(fā)明的技術(shù)方案的碳納米管母料的方式添加到高分子基材中，與直接將含有相同質(zhì)量比例的碳納米管添加到高分子基材中，前者具有更好的導(dǎo)電性，電阻率更低，導(dǎo)熱性更高，而且沖擊強(qiáng)度更高。從表1中可以看出，采用母料法添加碳納米管得到材料的性能比直接添加法得到材料性能有顯著的升高，其中沖擊強(qiáng)度提升約300％-500％，導(dǎo)熱率提升約300％，導(dǎo)電性提高了約100倍到1000倍。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。