CN104136367A - 碳纳米材料粒料和由碳纳米材料粉末制备粒料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纳米材料粒料及其制备方法。更特别地,本发明涉及在没有混合碳纳米材料粉末与溶剂或添加剂的情况下,使用仅仅旋压片机,通过简单方法制备的具有特定尺寸和高的表观密度的碳纳米材料粒料,它能解决当由粉末形式的碳纳米材料制备聚合物复合材料时出现的粉尘问题,从而改进物理性能,和突出地减少包装与运输的成本,和由碳纳米材料粉末制备碳纳米材料粒料的方法。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米材料粒料及其制备方法。更特别地,本发明涉及通过简单的方法,在没有混合碳纳米材料粉末与溶剂或添加剂的情况下,仅使用旋转压片机制备的具有特定尺寸和高的表观密度的碳纳米材料粒料,它能解决当由粉末形式的碳纳米材料制备聚合物复合材料时的粉尘问题的发生,从而改进物理性能并突出地降低包装与运输成本,和由碳纳米材料粉末制备碳纳米材料粒料的方法。
背景技术
碳纳米材料包括富勒烯,碳纳米管(CNT),石墨烯,石墨纳米板等。在它们当中,碳纳米管具有带卷成纳米级直径的蜂窝形状的片材的圆柱形的纳米结构,且取决于形状,具有特定的特征。碳纳米管是轻质的,因为它具有中空的空间,与铜相比,具有良好的导电率,和与钢相比,具有良好的拉伸强度。根据卷曲(rolling)的类型,它还被分类为单壁碳纳米管(SWCNT),多壁碳纳米管(MWCNT)或绳索碳纳米管(rope carbon nanotube)。
由于它具有优异的物理性能,因此,碳纳米管吸引人们的关注作为各种聚合物复合材料,其中包括抗静电聚合物复合材料,EMI-屏蔽聚合物复合材料,耐热聚合物复合材料,高强度聚合物复合材料,等等的填料。进行了许多研究和开发,商业化使用碳纳米管的聚合物复合材料。
然而,尽管R&D研发努力,但由于碳纳米管粉末的低表观密度导致的粉尘问题和由此产生的健康问题仍然是在聚合物复合材料中使用碳纳米管的障碍。
一般地,纳米材料,例如碳纳米管与聚合物粒料混合使用。当碳纳米材料粉末与聚合物粒料一起被供应到挤出机中时,由于碳纳米材料粉末和聚合物粒料的密度差大导致层分离,和其结果是碳纳米材料的分散问题,这使得难以大规模使用碳纳米材料。除此以外,考虑到碳纳米材料的生产者,以粉末形式生产的碳纳米材料的非常低的表观密度是包装和运输成本增加的原因。
在公布的专利中公开的改进碳纳米材料,特别是碳纳米管的表观密度的方法包括下述。
标题为“Manufacturing method of shaped solid comprisingnanocarbon”(含纳米碳的成型固体的制造方法)的韩国专利No.10-0955295公开了含纳米碳,金属(其中包括氧化物和铁)和树脂的成型固体。然而,由于所制备的成型固体包括金属和树脂,以提高固体成型的粘结性,因此当它在聚合物复合材料中使用时,用作基体的聚合物可与该固体内包括的金属和树脂反应且与之不相容,从而导致纳米碳的重要的物理性能劣化。另外,该方法要求数个步骤来混合纳米碳与金属和树脂,分离,成型和干燥。
标题为“Manufacturing method of nanocarbon shaped body andmanufacturing method of nanocarbon shaped body,nanocarbondispersed solution and nanocarbon material using same”(纳米碳成型体的制造方法和使用它,制造纳米碳成型体,纳米碳分散溶液和纳米碳材料的方法)的韩国专利公布No.2011-0065704公开了制造纳米碳成型体的方法,该方法包括切割纳米碳,混合该纳米碳与分散剂和溶剂,并使用分散装置分散纳米碳,通过进一步添加絮凝剂,使纳米碳分散溶液絮凝成纳米碳淤泥(sludge),从纳米碳淤泥中除去液体组分,并将其粉碎或粉化成纳米碳粉末,和使该纳米碳粉末成型并干燥,制备纳米碳成型体。然而,这一方法的问题在于,尽管在纳米碳成型体内不包括金属或树脂,但在制造过程中所使用的分散剂和絮凝剂可能残留在纳米碳成型体内,并且当它用于制备聚合物复合材料时,引起预料不到的负面影响。进一步地,该方法还要求数个步骤。
由Mikuni Shikiso Kabushiki Kaisha提交的标题为“Granulatedproduct of carbon nanotube and method for production thereof”(碳纳米管的粒化产物及其生产方法)的韩国专利公布No.2010-0038094公开了生产碳纳米管的粒化产物的方法,其中使用气体/液体或液体/液体界面,使用碳纳米管和溶剂,在至少1:3的重量比下粒化碳纳米管。尽管通过这一方法增加了碳纳米管的表观密度,但不可能完全解决粉尘问题,因为碳纳米管的微粉被包括在粒化产物内。此外,该方法不适合于大规模生产,因为在该制造工艺中牵涉混合,脱气和干燥步骤。
发明概述
技术问题
本发明的发明人长期努力解决上述问题,即在碳纳米材料粉末的硬化过程中,因在聚合物复合材料内包括不想要的添加剂,例如金属,树脂或分散剂导致的碳纳米材料的优异物理性能劣化的问题,因碳纳米材料粉末的低表观密度导致的粉尘问题和由此发生的健康问题,因碳纳米材料粉末和聚合物粒料的密度差大导致的当碳纳米材料粉末与聚合物粒料一起被供应到挤出机中时出现的层分离问题,或类似问题。结果他们已发现,即使采用简单的方法,即采用特定的条件粒化碳纳米材料,也能解决这些严重的问题。
本发明涉及在没有包括溶剂或添加剂的情况下,提供具有特定尺寸和表观密度的碳纳米材料粒料,从而在包装和运输方面是有利的。
本发明还涉及提供碳纳米材料粒料,所述碳纳米材料粒料维持当在聚合物复合材料中使用时,碳纳米材料粉末的固有的物理性能,从而允许充分利用碳纳米材料。
本发明还涉及制备碳纳米材料粒料的方法,其中通过简单且经济的方法粒化碳纳米材料粉末。
本发明还涉及在没有添加溶剂或添加剂的情况下,提供粒化碳纳米材料粉末的方法。
要解决的技术问题
在一个方面中,本发明提供不含溶剂或添加剂的碳纳米材料粒料,该粒料的直径为2-6mm,厚度为1-6mm,和表观密度为0.05-0.60g/mL。
在另一方面中,本发明提供制备碳纳米材料粒料的方法,该方法包括在旋转压片机内,在没有混合溶剂或添加剂的情况下,装载碳纳米材料粉末,并施加压力,使碳纳米材料粉末成型为粒料。
在另一方面中,本发明提供使用直径为2-6mm,厚度为1-6mm,和表观密度为0.05-0.60g/mL的碳纳米材料粒料,制备碳纳米材料/聚合物复合材料的方法,
在另一方面中,本发明提供使用直径为2-6mm,厚度为1-6mm,和表观密度为0.05-0.60g/mL的碳纳米材料粒料制备的碳纳米材料/聚合物复合材料。
根据下述详细说明,附图和权利要求,本发明的其他特征和方面将变得显而易见。
本发明的有益效果
由于本发明的碳纳米材料粒料不包括溶剂或添加剂,例如金属,树脂,分散剂等,因此,可避免聚合物复合材料的物理性能非所需的劣化或者健康问题。当它用于制备聚合物复合材料时,它提供与当使用粉末形式的碳纳米材料时相比相当的效果,且没有层分离或物理性能的劣化。
此外,根据本发明,可使用压片机,在不必混合碳纳米材料粉末和溶剂或添加剂的情况下,通过非常简单的方法制备粒料。
另外,使用根据本发明制备的粒料解决了当使用碳纳米材料粉末时出现的粉尘问题且突出地改进包装与运输,从而在制造和运输产品的过程中,提供成本和健康方面的优点。
因此,本发明允许经济且有效地充分利用碳纳米材料粉末。
附图简述
现参考在附图中阐述的本发明的一些例举实施方案,详细地描述本发明的上述和其他目的,特征和优点,上述附图在下文中仅仅作为阐述给出,和因此不限制本发明,和其中:
图1示出了在实施例或对比例中制备的各种碳纳米材料粒料的照片;和
图2图示了根据本发明制备的碳纳米材料粒料。
应当理解,附图不一定按比例绘制,因此阐述本发明基本原理的各种优选特征稍微简化。本文中公开的本发明的具体设计特征,其中包括例如具体的尺寸,取向,位置和形状将部分由特定的打算的应用和使用环境来决定。
实施本发明的最佳模式
下文现详细地提到本发明的各种实施方案,其实例阐述于附图中且如下所述。尽管结合例举的实施方案描述了本发明,但要理解本发明的说明书不打算限制本发明到这些例举的实施方案上。相反,本发明打算覆盖不仅例举的实施方案,而且各种备选方案,改性,等价方案和其他实施方案,这些可包括在所附权利要求定义的本发明的精神和范围内。
本发明提供仅仅含碳纳米材料,不具有任何溶剂或添加剂且直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的碳纳米材料粒料。
通过使用旋转压片机,粒化碳纳米材料粉末,制备本发明的碳纳米材料粒料。
特别地,在本发明中,在旋转压片机内,在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,装载碳纳米材料粉末,并施加压力,使粉末成型为粒料。
在本发明中使用的碳纳米材料可以是选自碳纳米管,碳纳米纤维,石墨烯和石墨纳米板中的一种或更多种。具体地可使用碳纳米管。
具体地,碳纳米材料粉末的平均粒度可以是0.05-100μm,表观密度为0.01-0.20g/mL和静止角为10-70°。更具体地,可使用平均粒度为0.1-85μm,表观密度为0.01-0.20g/mL和静止角为20-60°的碳纳米材料粉末。若该粉末不满足上述条件,则不可能形成粒料或者可能形成有缺陷的粒料。
在本发明中使用的旋转压片机可以是制备药物,食品等的片剂常用的压片机。
在造粒过程中,施加到碳纳米材料粉末上的压力可以具体地为100-700kg/cm2,更具体地为300-500kg/cm2。若压力太低,则粒料可能发脆。和若压力太高,则容易实现造粒,但使用该碳纳米材料粒料制备的聚合物复合材料可能具有差的物理性能。
在造粒过程中,采用充分选择的冲孔尺寸和转盘旋转速度,操作旋转压片机,在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,形成具有特定尺寸和表观密度的粒料。所制备的粒料可具有在图1和图2中所示的圆柱形形状。具体地,该粒料的直径可以是2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL,更具体地,直径为2-6mm,厚度为2-5mm和表观密度为0.1-0.5g/mL。当直径太大时,由于碳纳米材料粒料和聚合物粒料的尺寸差别导致可出现层分离。相反,当直径太小时,使用旋转压片机制备粒料的生产率可能低且可出现层分离。当厚度太大时,由于碳纳米材料粒料和聚合物粒料的尺寸差别导致可出现层分离。相反,当厚度太小时,可能不容易形成粒料且粒料可能发脆。表观密度影响使用该粒料制备的聚合物复合材料的物理性能和粒料的包装与运输。当表观密度太高时,由其制备的聚合物复合材料可能具有差的物理性能。相反,当表观密度太低时,节约包装与运输成本的效果不显著。和当制备粒料所使用的碳纳米材料粉末的静止角为10-70°时,可能比较容易使用旋转压片机形成粒料。
为了制备本发明的粒料,可采用具体地冲孔尺寸为1-8mm,更具体地2-6mm,和转盘旋转速度为10-60rpm,具体地20-50rpm,操作旋转压片机,以便实现粒料良好的生产率和所需的性能,即直径,厚度,表观密度。
根据本发明的碳纳米材料粉末的造粒不要求溶剂或添加剂,例如树脂,且可通过简单的方法来进行。
因此,根据本发明制备的碳纳米材料粒料不包括溶剂或添加剂且直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL。具体地,造粒所使用的碳纳米材料粉末的静止角可以是10-70°。当静止角在上述范围内时,可容易地使用旋转压片机进行造粒。
只要粒料体积和表观密度得到满足,则该碳纳米材料粒料除了制成图1所示的圆柱形状以外,还可制成球形,椭圆形,椭圆柱,三角形,正方形或六角棱柱,或者四面体形状。
本发明还提供使用直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的碳纳米材料粒料,制备碳纳米材料/聚合物复合材料的方法,和由此制备的碳纳米材料/聚合物复合材料。
制备碳纳米材料/聚合物复合材料所使用的聚合物材料可以是选自下述中的一种或更多种:聚碳酸酯,聚对苯二甲酸乙二酯,无定形的聚对苯二甲酸乙二酯,二醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯,环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯,聚苯醚(polyphenylene oxide),改性聚苯醚,聚亚苯基醚,聚醚酮,聚醚酮酮,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸树脂(polyacryl),聚甲基丙烯酸甲酯,聚砜,聚苯硫醚,聚醚砜,磺化的聚对苯二甲酸丁二酯,聚醚酰亚胺,聚酰胺,聚酰胺酰亚胺,聚醚酰胺,聚缩醛,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚氟乙烯,聚一氯三氟乙烯,聚氨酯,乙丙橡胶,乙烯丙烯二烯烃单体,聚乳酸,液晶聚合物,聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚碳酸酯/环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚酰胺,聚对苯二甲酸丁二酯/聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯/液晶聚合物,聚砜/改性聚苯醚,聚丙烯/聚酰胺和聚碳酸酯/聚乳酸作为热塑性树脂。相对于100重量份聚合物材料,可使用0.1-20重量份的碳纳米材料粒料。
与粉末形式的通用碳纳米材料(它具有非常低的表观密度)相比,根据本发明的碳纳米材料粒料具有增加的表观密度。因此,可在相同体积的容器内包含更多用量的碳纳米材料且可避免粉尘问题。因此,就成本和便利度来说,在包装和运输中,本发明提供优良的效果。
使用根据本发明的碳纳米材料粒料,制备聚合物复合材料,以便改进电性能和机械性能。以与制备聚合物复合材料使用碳纳米材料粉末的相同的方式,它可用于制备聚合物复合材料。
当使用根据本发明的碳纳米材料粒料以及聚合物粒料来制备聚合物复合材料时,混合根据本发明的碳纳米材料粒料与聚合物粒料并很好地分散,因为碳纳米材料粒料的尺寸类似于聚合物粒料。因此,可改进分散性,且可预期与当使用粉末时相比,复合材料更好地改进的物理性能。
特别地,由于根据本发明的碳纳米材料为粒料形式,因此可解决粉尘问题。进一步地,由于与碳纳米材料混合的聚合物材料通常为粒料形式,因此可避免当与聚合物粒料一起供应碳纳米材料到挤出机中制备碳纳米材料/聚合物复合材料时,由于粒度或密度差别导致出现的层分离问题以及供应粒料的难题。另外,与当使用粉末形式的碳纳米材料时相比,在聚合物复合材料中使用碳纳米材料的目的,即复合材料的物理性能,例如导电率,机械性能等没有受到负面影响。
除此以外,可解决由于碳纳米材料粉末的低表观密度导致的粉尘问题,由此出现的健康问题,和当与聚合物粒料一起供应碳纳米材料粉末到挤出机中时,由于碳纳米材料粉末和聚合物粒料的密度差大导致出现的层分离问题。
实施例
通过实施例,将详细地描述本发明。下述实施例仅仅为的是阐述目的,和对于本领域技术人员来说,本发明的范围不受到实施例限制。
实施例1
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为0.1μm,表观密度为0.06g/mL和静止角为23°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径2mm的冲孔,调整到3mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为2mm和厚度为3mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.41g/mL。图1示出了所制备的粒料。
实施例2
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为0.1μm,表观密度为0.06g/mL和静止角为23°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径3mm的冲孔,调整到3mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备碳直径为3mmand厚度为3mm的纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.36g/mL。
实施例3
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为83μm,表观密度为0.02g/mL和静止角为58°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径4mm的冲孔,调整到2mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为4mm和厚度为2mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.12g/mL。
实施例4
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为83μm,表观密度为0.02g/mL和静止角为58°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径4mm的冲孔,调整到3mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为4mm和厚度为3mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.09g/mL。
实施例5
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为67μm,表观密度为0.034g/mL和静止角为45°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径4mm的冲孔,调整到4mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为4mm和厚度为4mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.18g/mL。
实施例6
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为67μm,表观密度为0.034g/mL和静止角为45°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径4mm的冲孔,调整到5mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为4mm和厚度为5mm碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.16g/mL。
实施例7
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为15μm,表观密度为0.042g/mL和静止角为31°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径5mm的冲孔,调整到4mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为5mm和厚度为4mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.24g/mL。
实施例8
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为15μm,表观密度为0.042g/mL和静止角为31°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径6mm的冲孔,调整到4mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为6mm和厚度为4mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.21g/mL。
对比例1(过大的粒料直径)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为15μm,表观密度为0.042g/mL和静止角为31°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径1.5mm的冲孔,调整到4mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为1.5mm和厚度为4mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.27g/mL。
对比例2(过大的粒料直径)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为15μm,表观密度为0.042g/mL和静止角为31°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径7mm的冲孔,调整到4mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为7mm和厚度为4mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.19g/mL。
对比例3(过大的粒料厚度)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为83μm,表观密度为0.02g/mL和静止角为58°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径4mm的冲孔,调整到0.8mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为4mm和厚度为0.8mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.16g/mL。
对比例4(过大的粒料厚度)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为83μm,表观密度为0.02g/mL和静止角为58°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径4mm的冲孔,调整到7mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为4mm和厚度为7mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.06g/mL。
对比例5(过大的粒料表观密度)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为83μm,表观密度为0.02g/mL和静止角为58°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径6mm的冲孔,调整到6mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为6mm和厚度为6mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.04g/mL。
对比例6(过大的粒料表观密度)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为0.1μm,表观密度为0.08g/mL和静止角为20°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。在使用直径2mm的冲孔,调整到1mm的粒料厚度之后,在20rpm的转盘旋转速度下,操作旋转压片机,制备直径为2mm和厚度为1mm的碳纳米管粒料。所制备的碳纳米管粒料的表观密度为0.70g/mL。
对比例7(过大的粉末平均粒度)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为0.04μm,表观密度为0.12g/mL和静止角为63°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。尽管操作旋转压片机,制备粒料,但制备不出直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的粒料。
对比例8(过大的粉末平均粒度)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为114μm,表观密度为0.017g/mL和静止角为43°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。尽管操作旋转压片机,制备粒料,但制备不出直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的粒料。
对比例9(过大的粉末表观密度)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为90μm,表观密度为0.008g/mL和静止角为56°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。尽管操作旋转压片机,制备粒料,但制备不出直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的粒料。
对比例10(过大的粉末表观密度)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为0.08μm,表观密度为0.21g/mL和静止角为54°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。尽管操作旋转压片机,制备粒料,但制备不出直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的粒料。
对比例11(过大的粉末静止角)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为95μm,表观密度为0.15g/mL和静止角为8°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。尽管操作旋转压片机,制备粒料,但制备不出直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的粒料。
对比例12(过大的粉末静止角)
在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,将平均粒度为6μm,表观密度为0.013g/mL和静止角为75°的碳纳米管粉末供应到旋转压片机的料斗中。尽管操作旋转压片机,制备粒料,但制备不出直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的粒料。
在图1中示出了实施例和对比例中制备的碳纳米管粒料,并在表1-3中概述了结果。
[表1]
[表2]
[表3]
根据表1看出,可使用旋转压片机,在不必与溶剂或添加剂混合的情况下,通过简单的方法,由碳纳米管粉末制备具有各种直径,厚度和表观密度的碳纳米管粒料。
和根据表2和3看出,当与对比例7-12中一样,碳纳米管粉末无法满足平均粒度(0.05-100μm),表观密度(0.01-0.20g/mL)或静止角(10-70°)的条件时,不可能制备出直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的粒料。
制备例1
使用小的转鼓混合器,充分地混合实施例1中制备的碳纳米管粒料与聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(PC/ABS)化合物(HAC-8265,Kumho Petrochemical),使得碳纳米管的含量为3wt%。在使用双螺杆挤出机(Φ=30mm,L/D=36),在240-290℃下挤出,接着冷却并硬化之后,在80℃下维持的对流烘箱内干燥所得粒料4小时。之后,使用具有在65℃下保持的模具温度的160吨注塑机,通过在250-300℃下注塑,制备聚合物复合材料样品。
制备例2
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用实施例2中制备的碳纳米管粒料。
制备例3
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用实施例3中制备的碳纳米管粒料。
制备例4
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用实施例4中制备的碳纳米管粒料。
制备例5
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用实施例5中制备的碳纳米管粒料。
制备例6
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用实施例6中制备的碳纳米管粒料。
制备例7
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用实施例7中制备的碳纳米管粒料。
制备例8
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用实施例8中制备的碳纳米管粒料。
对比制备例1
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用对比例1中制备的碳纳米管粒料。
对比制备例2
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用对比例2中制备的碳纳米管粒料。
对比制备例3
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用对比例3中制备的碳纳米管粒料。
对比制备例4
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用对比例4中制备的碳纳米管粒料。
对比制备例5
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用对比例5中制备的碳纳米管粒料。
对比制备例6
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用对比例6中制备的碳纳米管粒料。
对比制备例7
以与制备例1相同的方式制备聚合物复合材料样品,所不同的是使用平均粒度为15μm,表观密度为0.042g/mL和静止角为31°的碳纳米管粉末替代使用在实施例或对比例中制备的碳纳米管粒料。与制备例1中一样,该碳纳米管粉末的含量为3wt%的化合物。
试验例
如下所述测试在制备例和对比制备例中制备的碳纳米材料/聚合物复合材料样品的物理性能。根据ASTM D256(1/8英寸),测量Izod冲击强度。使用TRUSTAT-Work表面测试仪,在注塑100mm×50mm×2mm的试样之后,测量表面抗性(Surface resistance)。在表4和5中示出了结果。
[表4]
[表5]
根据表4和5看出,当使用根据本发明制备的直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的碳纳米管粉末粒料,制备碳纳米管/聚合物复合材料(制备例1-8)时,可解决碳纳米管粉末的粉尘问题和因碳纳米材料粉末和聚合物粒料的密度差大导致的层分离问题。和当与使用碳纳米管粉末(对比制备例7)相比时,该碳纳米管/聚合物复合材料显示出相当或略微改进的物理性能,例如Izod冲击强度和表面抗性。制备的碳纳米管/聚合物复合材料显示出轻微改进的原因是因为根据本发明的粒料的形状不同于粉末。当使用不在直径为2-6mm,厚度为1-6mm或表观密度为0.05-0.60g/mL中的碳纳米管粉末粒料来制备碳纳米管/聚合物复合材料(对比制备例1-6)时,不可能完全解决碳纳米管的粉尘问题和层分离问题。和当与使用碳纳米管粉末(对比制备例7)相比时,碳纳米管/聚合物复合材料显示出更差的性能,例如Izod冲击强度和表面抗性,从而表明粒料的尺寸和表观密度是重要的因素。
参考本发明的具体实施方案详细地描述了本发明。然而,本领域的技术人员应当理解,可在没有脱离本发明的原理和精神的情况下,在这些实施方案中作出各种变化和改性,本发明的范围在所附的权利要求及其等价物中定义。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.不含溶剂或添加剂的碳纳米材料粒料,该粒料的直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL,其中制备该粒料所使用的碳纳米材料粉末的静止角为10-70°。
2.权利要求1的碳纳米材料粒料,其中碳纳米材料是选自碳纳米管,碳纳米纤维,石墨烯和石墨纳米板中的一种或更多种。
3.制备碳纳米材料粒料的方法,该方法包括在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,在旋转压片机内装载碳纳米材料粉末,和施加压力,使碳纳米材料粉末成型为直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的粒料,其中该碳纳米材料粉末的平均粒度为0.05-100μm,表观密度为0.01-0.20g/mL和静止角为10-70°。
4.权利要求3的制备碳纳米材料粒料的方法,其中压力为100-700kg/cm2。
5.权利要求3的制备碳纳米材料粒料的方法,其中采用1-8mm,优选2-6mm的冲孔尺寸,和10-60rpm的转盘旋转速度,操作旋转压片机。
6.使用权利要求1的粒料和选自聚碳酸酯,聚对苯二甲酸乙二酯,无定形的聚对苯二甲酸乙二酯,二醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯,环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯,聚苯醚,改性聚苯醚,聚亚苯基醚,聚醚酮,聚醚酮酮,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸树脂,聚甲基丙烯酸甲酯,聚砜,聚苯硫醚,聚醚砜,磺化的聚对苯二甲酸丁二酯,聚醚酰亚胺,聚酰胺,聚酰胺酰亚胺,聚醚酰胺,聚缩醛,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚氟乙烯,聚一氯三氟乙烯,聚氨酯,乙丙橡胶,乙烯丙烯二烯烃单体,聚乳酸,液晶聚合物,聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚碳酸酯/环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚酰胺,聚对苯二甲酸丁二酯/聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯/液晶聚合物,聚砜/改性聚苯醚,聚丙烯/聚酰胺和聚碳酸酯/聚乳酸中的一种或更多种聚合物作为热塑性树脂,制备碳纳米材料/聚合物复合材料的方法。
7.一种碳纳米材料/聚合物复合材料,它包含权利要求1的粒料和选自聚碳酸酯,聚对苯二甲酸乙二酯,无定形的聚对苯二甲酸乙二酯,二醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯,环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯,聚苯醚,改性聚苯醚,聚亚苯基醚,聚醚酮,聚醚酮酮,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸树脂,聚甲基丙烯酸甲酯,聚砜,聚苯硫醚,聚醚砜,磺化的聚对苯二甲酸丁二酯,聚醚酰亚胺,聚酰胺,聚酰胺酰亚胺,聚醚酰胺,聚缩醛,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚氟乙烯,聚一氯三氟乙烯,聚氨酯,乙丙橡胶,乙烯丙烯二烯烃单体,聚乳酸,液晶聚合物,聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚碳酸酯/环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚酰胺,聚对苯二甲酸丁二酯/聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯/液晶聚合物,聚砜/改性聚苯醚,聚丙烯/聚酰胺和聚碳酸酯/聚乳酸中的一种或更多种聚合物作为热塑性树脂。
Claims (9)
1.不含溶剂或添加剂的碳纳米材料粒料,该粒料的直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL。
2.权利要求1的碳纳米材料粒料,其中制备该粒料所使用的碳纳米材料粉末的静止角为10-70°。
3.权利要求1或2的碳纳米材料粒料,其中碳纳米材料是选自碳纳米管,碳纳米纤维,石墨烯和石墨纳米板中的一种或更多种。
4.制备碳纳米材料粒料的方法,该方法包括在没有与溶剂或添加剂混合的情况下,在旋转压片机内装载碳纳米材料粉末,和施加压力,使碳纳米材料粉末成型为直径为2-6mm,厚度为1-6mm和表观密度为0.05-0.60g/mL的粒料。
5.权利要求4的制备碳纳米材料粒料的方法,其中该碳纳米材料粉末的平均粒度为0.05-100μm,表观密度为0.01-0.20g/mL和静止角为10-70°。
6.权利要求4的制备碳纳米材料粒料的方法,其中压力为100-700kg/cm2。
7.权利要求4的制备碳纳米材料粒料的方法,其中采用1-8mm,优选2-6mm的冲孔尺寸,和10-60rpm的转盘旋转速度,操作旋转压片机。
8.使用权利要求1或2的粒料和选自聚碳酸酯,聚对苯二甲酸乙二酯,无定形的聚对苯二甲酸乙二酯,二醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯,环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯,聚苯醚,改性聚苯醚,聚亚苯基醚,聚醚酮,聚醚酮酮,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸树脂,聚甲基丙烯酸甲酯,聚砜,聚苯硫醚,聚醚砜,磺化的聚对苯二甲酸丁二酯,聚醚酰亚胺,聚酰胺,聚酰胺酰亚胺,聚醚酰胺,聚缩醛,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚氟乙烯,聚一氯三氟乙烯,聚氨酯,乙丙橡胶,乙烯丙烯二烯烃单体,聚乳酸,液晶聚合物,聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚碳酸酯/环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚酰胺,聚对苯二甲酸丁二酯/聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯/液晶聚合物,聚砜/改性聚苯醚,聚丙烯/聚酰胺和聚碳酸酯/聚乳酸中的一种或更多种聚合物作为热塑性树脂,制备碳纳米材料/聚合物复合材料的方法。
9.一种碳纳米材料/聚合物复合材料,它包含权利要求1或2的粒料和选自聚碳酸酯,聚对苯二甲酸乙二酯,无定形的聚对苯二甲酸乙二酯,二醇改性的聚对苯二甲酸乙二酯,环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯,聚苯醚,改性聚苯醚,聚亚苯基醚,聚醚酮,聚醚酮酮,聚乙烯,聚丙烯,聚丙烯酸树脂,聚甲基丙烯酸甲酯,聚砜,聚苯硫醚,聚醚砜,磺化的聚对苯二甲酸丁二酯,聚醚酰亚胺,聚酰胺,聚酰胺酰亚胺,聚醚酰胺,聚缩醛,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚氟乙烯,聚一氯三氟乙烯,聚氨酯,乙丙橡胶,乙烯丙烯二烯烃单体,聚乳酸,液晶聚合物,聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯,聚碳酸酯/环己烷改性的聚对苯二甲酸乙二酯,丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/聚酰胺,聚对苯二甲酸丁二酯/聚对苯二甲酸乙二酯,聚对苯二甲酸丁二酯/液晶聚合物,聚砜/改性聚苯醚,聚丙烯/聚酰胺和聚碳酸酯/聚乳酸中的一种或更多种聚合物作为热塑性树脂。
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