一種碳納米管/聚合物復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及復(fù)合材料及其制備方法領(lǐng)域，具體地，涉及一種碳納米管/聚合物復(fù) 合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)合材料是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過物理或化學(xué)的方法，在宏觀 上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的 綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。聚合物在機械性能、電學(xué)性能、耐腐蝕性 能等方面都具有優(yōu)異的表現(xiàn)，因此在農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)、包裝業(yè)、制造業(yè)等行業(yè)均具有廣泛應(yīng)用 于。人們廣泛采用聚合物作為基體材料，向其中添加高性能的填充材料，來制備具有高強 度、高耐熱性或高導(dǎo)電性等性能突出的聚合物基復(fù)合材料。
[0003] 碳納米管是一種納米級的碳結(jié)構(gòu)材料，由單層或者多層石墨烯片卷曲而成，具有 無縫中空管結(jié)構(gòu)，直徑一般從幾納米到幾十納米，長徑比超過1000。碳納米管可分為單壁碳 納米管和多壁碳納米管。碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能、電學(xué)性能等，作為高 性能復(fù)合材料的理想填充材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于碳納米管直徑小，長徑比 高，當(dāng)作為填充材料填充在聚合物中時由于分散困難而容易團聚，這就使制備的碳納米管/ 聚合物復(fù)合材料的難度增大，過程復(fù)雜，制備的復(fù)合材料外觀差、性能低。
[0004] 中國專利CN 102634153B公開了一種碳管含量高且分散均勻的碳納米管復(fù)合材 料的制備方法，其通過將碳納米管加入到可揮發(fā)性溶劑中，經(jīng)過超聲分散，再將分散液噴灑 在復(fù)合材料卷曲輥上來制備碳納米管復(fù)合材料。中國專利CN 100487046C公開了一種碳納 米管/聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，通過對碳納米管進行改性處理，使其表面能降低，并接 枝上羧基和羥基，從而能夠接枝在聚丙烯長鏈上，改善其分散性。中國專利申請CN1654528A 公開了一種碳納米管/聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，通過加入相容劑、偶聯(lián)劑等使促進 碳納米管在聚丙烯中的分散，制備碳納米管/聚丙烯復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決碳納米管作為填充材料填充在聚合物中時由于分散困難而容易團聚，使 得制備得到的碳納米管/聚合物復(fù)合材料的外觀差、性能低的問題，本發(fā)明提出了一種碳 納米管/聚合物復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明提供的碳納米管/聚合物復(fù)合材料中，碳 納米管在聚合物中均勻分散，所獲得的碳納米管/聚合物復(fù)合材料具有良好的性能。本發(fā) 明提供的碳納米管/聚合物復(fù)合材料的制備方法可以制備得到上述碳納米管在聚合物中 均勻分散，并具有良好性能的碳納米管/聚合物復(fù)合材料。
[0006] 本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，酰胺類成核劑與碳納米管之間具有共軛作用，可 以促進碳納米管在聚合物中的分散，同時再結(jié)合使用抗氧劑可以制備得到碳納米管在聚合 物中均勻分散并具有良好性能的碳納米管/聚合物復(fù)合材料，從而完成了本發(fā)明。
[0007] 本發(fā)明提供了一種碳納米管/聚合物復(fù)合材料，該復(fù)合材料包括聚合物、碳納米 管、酰胺類成核劑和抗氧劑，其中，所述酰胺類成核劑在聚合物中完全熔融的溫度滿足如下 條件：
[0008] 1\+20。。<T〈T2
[0009] 其中，Τ為所述酰胺類成核劑在聚合物中完全熔融的溫度，?\為所述聚合物的熔 點，Τ 2為所述聚合物的分解溫度。
[0010] 本發(fā)明還提供了上述復(fù)合材料的制備方法，該方法包括將聚合物、碳納米管、酰胺 類成核劑和抗氧劑熔融捏合的步驟；其中，所述酰胺類成核劑在聚合物中完全熔融的溫度 滿足如下條件：
[0011] Τ!+20°Ο <Τ<Τ2
[0012] 其中，?\為所述聚合物的熔點，Τ為所述酰胺類成核劑在聚合物中完全熔融的溫 度，Τ 2為聚合物的分解溫度。
[0013] 本發(fā)明提供的碳納米管/聚合物復(fù)合材料中，碳納米管在聚合物中的分散均勻， 很好的解決了碳納米管作為填充材料填充在聚合物中容易團聚的問題，從而使得制備得到 的碳納米管/聚合物復(fù)合材料具有更好的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能和電學(xué)性能。本發(fā)明提供 的碳納米管/聚合物復(fù)合材料的制備方法工藝步驟簡單，綠色環(huán)保，可以制備得到碳納米 管在聚合物中均勻分散的碳納米管/聚合物復(fù)合材料，所獲得的碳納米管/聚合物復(fù)合材 料的外觀明顯改善，力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性能和電學(xué)性能得到明顯的提高。
[0014] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0015] 附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的具 體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。
[0016] 在附圖中：
[0017] 圖1是按照本發(fā)明實施例1的方法獲得的碳納米管/聚丙烯復(fù)合材料S1在200°C 溫度下的顯微鏡照片。
[0018] 圖2是按照本發(fā)明對比例2的方法獲得的碳納米管/聚丙烯復(fù)合材料D2在200°C 溫度下的顯微鏡照片。
[0019] 圖3是按照本發(fā)明實施例1的方法獲得的碳納米管/聚丙烯復(fù)合材料S1的掃描 電子顯微鏡照片。
[0020] 圖4是按照本發(fā)明對比例1的方法獲得的碳納米管/聚丙烯復(fù)合材料D1的掃描 電子顯微鏡照片。
【具體實施方式】
[0021] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的第一個方面，本發(fā)明提供了一種碳納米管/聚合物復(fù)合材料，該復(fù) 合材料包括聚合物、碳納米管、酰胺類成核劑和抗氧劑；其中，所述酰胺類成核劑在聚合物 中完全熔融的溫度滿足如下條件：
[0023] 1\+20。。<T〈T2
[0024] 其中，T為所述酰胺類成核劑在聚合物中完全熔融的溫度，?\為所述聚合物的熔 點，Τ 2為所述聚合物的分解溫度。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，在所述復(fù)合材料中，所述聚合物、碳納米管、酰胺類成核劑和抗氧劑 的重量比為 100 : (〇· 05-5) : (0· 05-1) : (0· 01-0. 1)，優(yōu)選為 100 : (0· 05-3) : (0· 1-0. 5): (0. 03-0. 05) 〇
[0026] 根據(jù)本發(fā)明，對所述聚合物沒有特別限定。所述聚合物可以選自聚乙烯、聚丙烯、 聚丁烯、聚丁二烯和聚乳酸中的至少一種。優(yōu)選地，所述聚合物為聚丙烯。其中，所述聚乙 烯可以選自高密度聚乙烯（密度大于0.940克/立方厘米的聚乙烯）、中密度聚乙烯（密 度介于0. 915-0. 940克/立方厘米的聚乙烯）、線型聚乙烯或乙烯含量50重量％以上的乙 烯共聚物。所述聚丙烯可以為丙烯均聚物和/或丙烯含量在50重量％以上的丙烯共聚物。 所述聚丙烯共聚物可以為嵌段共聚物和/或無規(guī)共聚物。所述聚丁烯可以為丁烯均聚物和 /或丁烯含量在50%重量以上的丁烯共聚物。對所述均聚物和共聚物的立構(gòu)規(guī)整性沒有特 別限定，可以為等規(guī)立構(gòu)、間規(guī)立構(gòu)或者不具有立構(gòu)規(guī)整性。
[0027] 根據(jù)本發(fā)明，對所述碳納米管沒有特別限定。所述碳納米管可以為單壁碳納米管 或多壁碳納米管。所述碳納米管可以經(jīng)表面處理或未經(jīng)表面處理。所述表面處理為本領(lǐng)域 常用的為改性碳納米管而進行的各種處理。所述表面處理例如可以為羥基化處理和/或羧 基化處理。所述碳納米管的直徑可以為15-30nm，優(yōu)選為20-30nm，長度可以為20-30μπι，優(yōu) 選為 22-28 μ m。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明，以100重量份的聚合物為基準，當(dāng)所述碳納米管的用量超過5重量份 時，碳納米管在聚合物中容易出現(xiàn)分散不均勻的現(xiàn)象；當(dāng)碳納米管的用量低于〇. 05重量份 時，碳納米管在根據(jù)本發(fā)明的碳納米管/聚合物復(fù)合材料中所起的效果將不顯著。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明，所述酰胺類成核劑具有如下式（I)所示的結(jié)構(gòu)：
[0030] R「(C0NHR2)2 式（I)
[0031] 其中，&為C4-C6的亞烷基或C6-C12的亞芳基。R2為C5-C10的烷基、C5-C10的 環(huán)烷基或C6-C8的芳基。優(yōu)選地，&選自亞正丁基、亞正己基、鄰苯二甲基、對苯二甲基和 2, 6-萘二基中的任意一種。優(yōu)選地，R2選自戊基、辛基、庚基、環(huán)己基、苯基和苯甲基中的任 意一種。
[0032] 優(yōu)選地，所述酰胺類成核劑為具有良好成核作用的聚丙烯酰胺類β成核劑。
[0033] 具體地，所述酰胺類成核劑可以選自Ν，Ν-二苯基己二酰胺、Ν，Ν-二環(huán)己基對苯二 甲酰胺、Ν，Ν-二苯甲酰基己二胺、Ν，Ν-二苯?；鶎Ρ蕉?、Ν，Ν-二庚?；鶎Ρ蕉贰ⅵ?，Ν-二 苯胺基鄰苯二甲酰胺、Ν，Ν-二苯基順丁二甲酰胺、Ν，Ν-二苯基對苯二甲酰胺、Ν，Ν-二環(huán)己 基鄰苯二甲酰胺和Ν，Ν-二環(huán)己基-2, 6-萘二酰胺中的至少一種。優(yōu)選地，所述酰胺類成核 劑為Ν，Ν-二環(huán)己基-2