CN102863780B - 一种导电-抗静电复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种导电-抗静电复合材料，包括聚酰胺树脂，碳纳米管以及芳香族二酰胺化合物，各组分的重量份数比为：聚酰胺树脂为100份、碳纳米管为0.3~10份，芳香族二酰胺化合物为0.01～2.0份。本发明实施例还公开了该导电-抗静电复合材料的制备方法，包括将上述组分混合，采用高分子材料加工设备在聚酰胺树脂熔融温度以上的温度条件下，通过熔融混炼、造粒。本发明提供的导电-抗静电复合材料及其制备方法，将少量碳纳米管加入到聚酰胺树脂中，使复合材料具有优良的导电-抗静电性能，同时降低了材料的成本，且能满足各种导电-抗静电聚酰胺树脂使用用途的需要。
Description
技术领域
本发明涉及高分子新材料领域，尤其涉及一种导电-抗静电复合材料及其制备方法。
背景技术
高分子树脂基导电/抗静电复合材料，由于具有制备工艺简单、电导率易于调节、原材料来源广泛、成本低、易于加工成型等优点，并且可以广泛地应用于汽车、电气及电子仪器、办公设备、物流传送设备和工业机械等领域，可以满足和扩大高分子材料在各种用途上的需要，因此，其材料的制备技术和应用技术，历来为人们所密切关注。
聚酰胺树脂（俗称尼龙），是分子主链上含有重复酰胺基团（-NH-CO-）的一类热塑性树脂的总称，包括脂肪族尼龙、芳香族尼龙和半芳香族尼龙等较多的品种。聚酰胺树脂具有优异的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐腐蚀性和自润滑性，并且其摩擦系数低，易于加工等，因此在工业上有着极其广泛的用途。近年来工业的发展也对尼龙的导电或抗静电性能提出了越来越多的要求，如良好的抗静电性能不仅可以改善尼龙管或传送带的输送安全性和卫生性，而且可以改善其传送效率，良好的导电性可以改善尼龙的静电喷涂性等等。但由于聚酰胺树脂本身电阻率较高，且用传统的导电性介质如炭黑等改善尼龙的导电或抗静电性能时，因炭黑在尼龙中导电效率低、分散性差等问题比较突出，易产生很多相关的不良影响，包括因炭黑导电效率低需多量添加而易于引致尼龙树脂物理机械性能下降、流动性能下降等问题，而这些问题一直未能得到很好的解决。
近年来，以碳纳米管为导电介质制备导电高分子复合材料的技术越来越引起人们的重视。其原因在于与炭黑或者碳纤维相比，碳纳米管可以使高分子基体在实现导电时的逾渗值有较大的降低。但碳纳米管目前工业化量产规模小、成本高，即使在材料中其添加量远远少于炭黑也将带来材料制备成本的大幅度增加，因此，在技术上如何提高碳纳米管使用效率，极力地降低其添加量，对碳纳米管填充型导电高分子复合材料的工业用途的发展具有重要的意义。
人们在研究或生产中一般所采用的提高碳纳米管使用效率的方法，主要是通过改善碳纳米管和高分子树脂之间的分散状态，使碳纳米管能在高分子基体中达到更好的导电网络构筑的效果而实现的，包括各种对碳纳米管表面修饰的方法、将高分子基体和碳纳米管进行溶液共混的方法、将单体和碳纳米管进行原位聚合的方法等等。这些方法虽然可以在某种程度上提高碳纳米管的使用效率，但因其存在操作步骤复杂、耗费大量溶剂、技术局限性大等问题而不适用于工业化生产。
发明内容
鉴于此，本发明实施例旨在提供一种导电-抗静电复合材料及其制备方法，该方法可借助芳香族二酰胺化合物对提高碳纳米管在聚酰胺树脂中分散的促进作用，可在较小的碳纳米管添加量下使其实现有效的导电网络构筑，使材料具有良好的导电和抗静电性能，从而降低材料制备成本，满足各种导电或抗静电聚酰胺树脂使用用途的需要。
本发明提供了一种导电-抗静电复合材料，包括聚酰胺树脂、碳纳米管以及芳香族二酰胺化合物，各组分的重量份数比为：聚酰胺树脂为100份、碳纳米管为0.3~10份，芳香族二酰胺化合物为0.01～2.0份。
其中，聚酰胺树脂即尼龙树脂，是指在重复单元中含有酰胺基团（-NH-CO-）的脂肪族尼龙或半芳香族尼龙。具体可以是尼龙6（PA6）、尼龙11（PA11）、尼龙12（PA12）、尼龙46（PA46）、尼龙66（PA66）、尼龙610（PA610）、尼龙612（PA612）、尼龙1010（PA1010）、尼龙1111（PA1111）、尼龙1212（PA1212）、尼龙6T（PA6T）、尼龙9T（PA9T）或尼龙MXD6（PA MXD6）。本发明中，聚酰胺树脂的合成方法不限，结晶度不限，粘度不限。
碳纳米管既包括单壁碳纳米管，也包括双壁碳纳米管和多壁碳纳米管，其形态不限，长径比不限，制造方法不限，后处理与否不限。碳纳米管在所述导电-抗静电复合材料中的重量份数比为0.3~10份，优选为2~6份。
其中，芳香族二酰胺化合物为以2,6-苯二酰胺或2,6-萘二酰胺为骨架结构的芳香族二酰胺化合物。具体可以是2,6苯二甲酸己酰胺或N，N-二环已基-2,6-萘二酰胺。所述碳纳米管借助芳香族二酰胺化合物的作用均匀分散于聚酰胺树脂中。这是由于芳香族二酰胺化合物在结构上既具有芳香环又具有酰胺键，则不仅和碳纳米管也和聚酰胺树脂有着良好的亲和性，因此，芳香族二酰胺化合物对提高碳纳米管在聚酰胺树脂中的分散性有着较好的促进作用，借助这种作用可显著地提高碳纳米管在聚酰胺树脂中的分散效果，可在较小的碳纳米管添加量下使其实现有效的导电网络构筑，从而使材料具有良好的导电和抗静电性能。本发明中，芳香族二酰胺化合物的制备方法不限。芳香族二酰胺化合物在所述导电-抗静电复合材料中的重量份数比为0.01～2.0份，优选为0.03~2.0份。
相应地，本发明还提供了一种导电-抗静电复合材料的制备方法，包括以下步骤，将聚酰胺树脂、碳纳米管及芳香族二酰胺化合物按下列重量份数混合：
聚酰胺树脂100份；
碳纳米管0.3~10份；
芳香族二酰胺化合物0.01～2.0份；
采用高分子材料通用加工设备在聚酰胺树脂熔融温度以上的温度条件下，通过熔融混炼、造粒，得到导电-抗静电复合材料。
其中，聚酰胺树脂、碳纳米管和芳香族二酰胺化合物具体如前文所述，此处不再赘述。
碳纳米管在所述导电-抗静电复合材料中的重量份数比为0.3~10份，优选为2~6份。
芳香族二酰胺化合物在所述导电-抗静电复合材料中的重量份数比为0.01～2.0份，优选为0.03~2.0份。
其中，高分子材料通用加工设备，即一般公知的高分子混合混炼器械，其设备种类不限，可以是单/双螺杆挤出机、密炼机、双棍开炼机、双滚或多滚压延机。
在本发明的导电-抗静电复合材料制备过程中，可以根据需要添加各种抗氧剂、光稳定剂、紫外吸收剂、润滑剂、填充剂、纤维状增强剂等各种类型的高分子材料添加剂，也可根据需要在熔融混炼后不经造粒而直接经挤出机或其他成型设备制成各种形状的制品，但这些方法并不影响本发明的主旨和目的，应视为本发明权利要求之内。
本发明的一种导电-抗静电复合材料及其制备方法，事实上是在巧妙地利用了芳香族二酰胺化合物和碳纳米管以及和聚酰胺树脂之间所具有的物理化学作用的基础上而实现的。一般碳纳米管在聚酰胺树脂中因相互亲和性相对较差而不能实现良好的分散，导致其导电网络的构筑效率低，为使复合材料达到较好的导电或抗静电性能需要较大添加量。而芳香族二酰胺化合物因其在结构上既具有芳香环又具有酰胺键，则不仅和碳纳米管也和聚酰胺树脂有着良好的亲和性，因此，芳香族二酰胺化合物对提高碳纳米管在聚酰胺树脂中的分散性有着较好的促进作用，借助这种作用可显著地提高碳纳米管在聚酰胺树脂中的分散效果，可在较小的碳纳米管添加量下使其实现有效的导电网络构筑，使材料具有良好的导电和抗静电性能，从而降低材料制备成本，满足各种导电或抗静电聚酰胺树脂使用用途的需要。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明实施例提供的导电-抗静电复合材料，通过在聚酰胺树脂中加入少量的碳纳米管，便能使该复合材料具有优良的导电-抗静电性能，同时降低了材料的成本，且能满足各种导电-抗静电聚酰胺树脂使用用途的需要。本发明实施例提供的导电-抗静复合材料的制备方法，工艺简单，适合规模化生产。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在实施例和比较例中，材料的导电性能采用电阻率表示，其数值越小表示材料的导电性能越好。
实施例1：将50g尼龙6树脂（型号1013B，日本宇部兴产株式会社生产）、1.0g碳纳米管（深圳纳米港有限公司产）和0.15g N，N-二环已基-2,6-萘二酰胺混合均匀后，将混合物加入哈克流变仪中，在混炼温度为250°C，螺杆转速为60r/pm条件下混炼5min后取出，用热压机将以上物料在250°C条件下压制成约3毫米厚的薄片，即得到导电-抗静电复合材料。采用数字式四探针测试仪测量该样品的电阻率，其结果为2.1×104ohm﹒cm。
实施例2：除将实施例1中碳纳米管改为0.5g外，样品制备和测量方法均与实施例1相同。该样品的电阻率为4.5×106ohm﹒cm。
实施例3：除将实施例1中碳纳米管改为3.0g，N，N-二环已基-2,6-萘二酰胺改为0.02g外，样品制备和测量方法均与实施例1相同。该样品的电阻率为3.3×101ohm﹒cm。
实施例4：除将实施例1中的N，N-二环已基-2,6-萘二酰胺改为0.7g外，样品制备和测量方法均与实施例1相同。该样品的电阻率为2.7×102ohm﹒cm。
实施例5：除将实施例1中尼龙6树脂改为同量的尼龙66树脂（型号101L，杜邦公司生产生产），混炼温度改为270°C，样品压制温度改为270°C外，样品制备和测量方法均与实施例1相同。该样品的电阻率为4.3×105ohm﹒cm。
实施例6：除将实施例5中N，N-二环已基-2,6-萘二酰胺改为2,6-苯二甲酸己酰胺1.0g外，样品制备和测量方法均与实施例5相同。该样品的电阻率为1.5×102ohm﹒cm。
实施例7：除将实施例1中尼龙6树脂改为同量的尼龙MXD6树脂（日本三菱瓦斯化学株式会社生产），混炼温度为260°C,样品压制温度改为260°C外，样品制备和测量方法均与实施例1相同。该样品的电阻率为4.6×103ohm﹒cm。
实施例8：除将实施例7中N，N-二环已基-2,6-萘二酰胺改为2,6-苯二甲酸己酰胺1.0g外，样品制备和测量方法均与实施例7相同。该样品的电阻率为2.4×102ohm﹒cm。
实施例9：除将实施例1中尼龙6树脂改为同量的尼龙66树脂，碳纳米管改为0.15g，N，N-二环已基-2,6-萘二酰胺改为0.25g，混炼温度和样品压制温度改为260°C外，样品制备和测量方法均与实施例1相同。该样品的电阻率为8.2×109ohm﹒cm。
实施例10：除将实施例5中碳纳米管改为5g外，样品制备和测量方法均与实施例5相同。该样品的电阻率为1.6×101ohm﹒cm。
下述比较例是对照进行的常规方法制备所得的导电聚酰胺树脂，其电阻率较大，导电性能不如本发明提供的导电-抗静电复合材料。
比较例1：将50g尼龙6树脂和1.0g碳纳米管混均后，采用和实施例1同样的方法进行样品制备和电性能测量。样品的电阻率为1.7×1012ohm﹒cm。
比较例2：将50g尼龙66树脂和1.0g碳纳米管混均后，采用和实施例5同样的方法进行样品制备和电性能测量。样品的电阻率为3.4×1013ohm﹒cm。
比较例3：将50g尼龙MXD6树脂和1.0g碳纳米管混均后，采用和实施例7同样的方法进行样品制备和电性能测量。样品的电阻率为1.4×1010ohm﹒cm。
比较例4：将50g尼龙6树脂采用实施例1同样的方法进行样品制备和电性能测量。样品的电阻率为8.1×1014ohm﹒cm。
比较例5：将50g尼龙66树脂采用实施例5同样的方法进行样品制备和电性能测量。样品的电阻率为2.8×1015ohm﹒cm。
比较例6：将50g尼龙MXD6树脂采用实施例7同样的方法进行样品制备和电性能测量。样品的电阻率为7.6×1016ohm﹒cm。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种导电-抗静电复合材料，其特征在于，包括聚酰胺树脂，碳纳米管以及芳香族二酰胺化合物，各组分的重量份数比为：聚酰胺树脂100份，碳纳米管0.3～10份，芳香族二酰胺化合物0.01～2.0份。
2.如权利要求1所述的导电-抗静电复合材料，其特征在于，所述聚酰胺树脂可以是脂肪族尼龙或半芳香族尼龙。
3.如权利要求2所述的导电-抗静电复合材料，其特征在于，所述聚酰胺树脂可以是尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙46、尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙1010、尼龙1111、尼龙1212、尼龙6T、尼龙9T或尼龙MXD6。
4.如权利要求1所述的导电-抗静电复合材料，其特征在于，所述芳香族二酰胺化合物为以2,6-苯二酰胺或2,6-萘二酰胺为骨架结构的芳香族二酰胺化合物。
5.如权利要求4所述的导电-抗静电复合材料，其特征在于，所述芳香族二酰胺化合物为N，N-二环己基-2,6-萘二酰胺。
6.一种导电-抗静电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚酰胺树脂、碳纳米管及芳香族二酰胺化合物按下列重量份数比混合：
聚酰胺树脂 100份，
碳纳米管 0.3～10份，
芳香族二酰胺化合物 0.01～2.0份；
采用高分子材料通用加工设备在聚酰胺树脂熔融温度以上的温度条件下，通过熔融混炼、造粒，得到导电-抗静电复合材料。
7.如权利要求6所述的导电-抗静电复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺树脂可以是脂肪族尼龙或半芳香族尼龙。
8.如权利要求7所述的导电-抗静电复合材料的制备方法，其特征在于，所述聚酰胺树脂可以是尼龙6、尼龙11、尼龙12、尼龙46、尼龙66、尼龙610、尼龙612、尼龙1010、尼龙1111、尼龙1212、尼龙6T、尼龙9T或尼龙MXD6。
9.如权利要求6所述的导电-抗静电复合材料的制备方法，其特征在于，所述芳香族二酰胺化合物为以2,6-苯二酰胺或2,6-萘二酰胺为骨架结构的芳香族二酰胺化合物。
10.如权利要求9所述的导电-抗静电复合材料的制备方法，其特征在于，所述芳香族二酰胺化合物为N，N-二环己基-2,6-萘二酰胺。
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