CN101225247B - 纳米材料添加剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纳米材料添加剂，采用如下步骤制备：1)在碳纳米管中加入分散剂并混合均匀，混合后分散剂的重量含量不低于分散剂和碳纳米管总重量的90％；2)将添加了分散剂的碳纳米管放入超声波场中进行超声分散。本发明有很好并稳定导静电性能，而且其它添加组份加入量可调幅度大，因而可以根据需要设计制备出多种具有特殊性能的导静电涂料。本发明使用CNTs作为导电功能体制备导静电涂料，体现了纳米技术在改造传统产业中的重要应用，不但使导静电涂料具备了更为优良的性能，也为CNTs的大规模工业应用找到了新的途径。

Description

纳米材料添加剂
技术领域
本发明涉及一种纳米材料添加剂。
背景技术
微纳米粉体特别是纳米粉体的粒度细微、比表面大、表面能高、表面原子数增多及原子配位不足等，使得这些原子具有很高的活性，极不稳定，很容易形成带有若干连接界面的尺寸较大的团聚体。这些团聚体的形成使得纳米颗粒不能以单一的颗粒均匀分散，不能发挥其应有的纳米特性，对纳米的应用性能产生十分不利的影响。
纳米粉体在化工领域的一项重要应用就是用于涂料方面，纳米颗粒所具有的“小尺寸效应”、“界面效应”、“量子尺寸效应”和“宏观粒子隧道效应”，使纳米材料在结构、光电、磁学和化学性质等方面表现出突出的特异性，将纳米材料(本发明中用到的纳米材料为多壁碳纳米管)添加到涂料中，一方面可以使涂料具有良好的导电性，另一方面纳米颗粒的比表面积大，能在涂料干燥时很快形成网络结构，同时增强涂料的强度和光洁度。
导静电涂料是近10年来迅速发展起来的一种功能性涂料，主要用于消除静电的危害。由于生产设备简单、施工方便、成本低廉等特点，导静电涂料得到了广泛使用。如计算机房使用导静电涂料，可避免由于静电的干扰而造成的计算机误操作；在储油罐内壁使用导静电涂料，可避免由于静电引起的火灾爆炸事故。
针对不同的应用目标，导静电涂料有不同的技术要求。以储油罐用的导静电涂料为例，不但要有导静电、防锈、防渗漏等性能，还必须具有耐油溶、耐高温、抗老化等性能。第一代储油罐用的导静电涂料采用金属或石墨为导电功能体，金属易被氧化，容易失去导静电的功能，现已不使用。而且，石墨导电功能体的加入量必须在15％-20％以上，虽然具有了导静电的功能，但导静电涂料的其它性能受到了严重影响。更为严重的是，由于石墨的加入量多，油品很容易将石墨从涂层中抽提出来。悬浮于油品中的石墨不易分离，将严重影响油品的质量。因此，以石墨为导电功能体的导静电涂料已被石油化工行业建议不作为储油罐导静电涂料使用。
20世纪90年代出现的以SnO2/SbO2包覆的云母作为导电功能体，由于是氧化物，它克服了金属易氧化的缺点，且自身颜色浅，易于制备浅色或彩色导静电涂层，因此近年发展较快。但它同样存在加入量过大的问题(15wt％-20wt％)，影响了涂料的其它性能。例如以SnO2/SbO2包覆的云母作为导电功能体的导静电涂料，其附着力和防腐性能就不能很好地满足储油罐对涂料的要求。储油罐用导静电涂料要求在具有优良导静电性能的同时，还应具有优良的防腐、防渗漏等性能。而目前使用的各种导静电涂料都无法满足这一要求。国家要求对储油罐强制进行导静电技术处理，目前还没有理想的导静电涂料。
粉体分散是近年来发展的新兴边缘科学。随着微纳米粉体分散在科学研究及生产实践中的重要性逐渐被人们所认识和揭示，分散技术的应用日益广泛，遍及化工、冶金、食品、医药、涂料、造纸、建筑及材料等领域。在化学工业领域，如涂料、染料、油墨、、化妆品等，分散及分散稳定性直接影响着产品的质量和性能；在材料科学领域，复合材料及纳米材料制备的成败与微纳米粉体的分散稳定性紧密相连。
但纳米材料由于具有非常高的比表面积，很大的表面能，因此有自发团聚减少表面能的趋势，因此如何克服纳米材料的团聚就成为亟待解决的问题。
发明内容
为解决现有导静电涂料所存在的上述缺陷，本发明提供一种用碳纳米管(CNTs)制备的纳米材料添加剂，该添加剂可使普通涂料具有良好的导电性能。
本发明所述纳米材料添加剂采用如下方法制备：
1、1)在碳纳米管中加入分散剂并混合均匀，混合后分散剂的重量含量不低于分散剂和碳纳米管总重量的90％；
2、将添加了分散剂的碳纳米管放入超声波场中进行超声分散。
步骤1所述分散剂是一种有机溶剂，由下列组分按体积百分比配制而成：
乙酸丁酯15％-40％、松香水60％-85％。
步骤2所述超声波场的超声波频率为30-60KHz，超声分散的时间为2-6小时。
超声波具有波长短、近似直线传播、能量集中等特点容易将材料分散开。本发明利用超声波的空化作用原理，产生局部的高温高压，产生巨大的冲击力和微射流，将碳纳米管分散开，同时碳纳米管中所加入的有机分散剂可在纳米材料表面吸附，形成空间位阻作用，阻止纳米材料的相互接近，达到分散后的稳定状态。
经国家涂料质量监督检验中心测试，在普通涂料中加入1wt％的本发明后制成的导静电涂料的电阻率为105(不同油漆的到静电效果略有差异)，比GB-T16906-1997中规定的用于储油设施的导静电涂料的电阻不得高于108的指标低3个数量级。
本发明有很好并稳定导静电性能，而且其它添加组份加入量可调幅度大，因而可以根据需要设计制备出多种具有特殊性能的导静电涂料。本发明使用CNTs作为导电功能体制备导静电涂料，体现了纳米技术在改造传统产业中的重要应用，不但使导静电涂料具备了更为优良的性能，也为CNTs的大规模工业应用找到了新的途径。
附图说明
图1为中国科技大学为用透射电子显微镜(TEM)对本发明的分散性进行观察的照片，显示的是本发明的分散情况。
具体实施方式
实施例1：
1、按下述用量配制分散剂
乙酸丁酯5ml、松香水24ml
2、将配制好的分散剂加入0.2g碳纳米管中；
3、将添加有分散剂的碳纳米管置于超声波场中，在40KHz的超声频率下超声分散3小时即制得本发明。
本实施例中，添加剂的含量为添加剂+碳纳米管混合物的99.3wt％。
实施例2：
1、按下述用量配制分散剂
乙酸丁酯20ml、松香水30ml
2、将配制好的分散剂加入1g碳纳米管中；
3、将添加有分散剂的碳纳米管置于超声波场中，在59KHz的超声频率下超声分散5小时即制得本发明。
本实施例中，添加剂的含量为添加剂+碳纳米管混合物的98wt％。

Claims (2)

1.一种纳米材料添加剂，其特征在于采用如下步骤制备：
1)在碳纳米管中加入分散剂并混合均匀，混合后分散剂的重量含量为分散剂和碳纳米管总重量的98％或99.3％；
2)将添加了分散剂的碳纳米管放入超声波场中进行超声分散；
步骤1)所述分散剂是一种有机溶剂，由下列组分按体积百分比配制而成：
乙酸丁酯15％-40％、松香水60％-85％。
2.如权利要求1所述纳米材料添加剂，其特征在于步骤2)所述超声波场的超声波频率为30-60KHz，超声分散的时间为2-6小时。 
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