CN104262941A

CN104262941A - 碳纳米管和负离子粉体改性聚合物材料

Info

Publication number: CN104262941A
Application number: CN201410438938.1A
Authority: CN
Inventors: 王晓伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2014-08-28
Publication date: 2015-01-07

Abstract

本发明采用碳纳米管与负离子纳米粉体通过掺杂共混的方法制备出全新负离子添加剂，然后加入到聚合物中：包括聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、聚氨酯、聚醚、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯缩醛等纤维、塑料、橡胶、涂料、粘合剂，生产了具有释放负离子功能的碳纳米管改性高分子复合材料。碳纳米管和负离子的超细微粉在复合料中具有良好分散性。

Description

碳纳米管和负离子粉体改性聚合物材料

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管和负离子粉体改性聚合物材料，属于复合材料的加工制造领域。

背景技术

负离子添加剂具有一定的除臭、吸味；抗菌、防病；释放负离子的保健功能。采用粗粉碎、气流法超细粉碎和湿法研磨相结合的工艺路线，将多种天然矿石制备成微米级的超细微粉。这种改性的的超细微粉具有释放负离子、杀菌、除臭、祛味等功能，可广泛的应用于橡胶、塑料、纤维、织物等高分子材料中。本发明采用可释放负离子的Anion系列超细粉体，通过掺杂共混的方法创制了奇才系列负离子添加剂，加入到聚氨酯、聚醚、聚苯乙烯、聚氯乙烯等高分子材料中，成功的生产了具有释放负离子的发泡弹性功能材料。可释放负离子的Anion系列的超细微粉在组合料中具有非常好的分散性，不影响加工过程与加工工艺。随着人类文明、生产活动，特别是工业化程度的日益提高，污染也越来越严重，特别是人们渴望优雅、健康、环保的环境，于是各种环保材料、健康功能材料应运而生。碳纳米管改性高分子材料，负离子对改善人们的生活环境越来越多受到科学工作者的重视。空气负离子被喻为“空气维生素”或“长生素”，维持人们健康的负离子数为：1000-2000个/cm³。随着材料科学的迅速发展和高技术的不断进步，人们正不断地开发、研制具有释放负离子纤维、织物、服饰和弹性功能材料等，具有保健功能的释放负离子材料越来越被人们所重视。

发明内容

一种碳纳米管改性高分子复合材料，其特征在于：它是由下述质量配比的原料制成的：有机高分子50-80；聚酯多元醇或聚醚多元醇20-60；甲苯二异氰酸酯30-85；负离子添加剂10-20；助剂0-10；色浆0-20；催化剂0.1-3；碳纳米管5-10。

其中，有机高分子为聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、聚氨酯、聚醚、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯缩醛等纤维、塑料、橡胶、涂料、粘合剂。负离子添加剂为含有纳米孔、纳米管的天然蛋白石页岩矿物材料，能放出负离子在5000个/cm³以上。所述的助剂包括：填料、上色剂、固色剂、增韧剂、润滑剂。所述的催化剂为二甲基卞胺或多乙烯多胺。

碳纳米管改性高分子复合材料的制备工艺为：先将聚醚多元醇或聚酯多元醇中加入碳纳米管、负离子添加剂、助剂、色浆，调配成所需的释放负离子功能的发泡弹性材料得到混合液，然后与甲苯二异氰酸酯反应制备释放负离子功能的发泡弹性材料。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详述.以下实施例详细说明了本发明，但应该理解，这只是对本发明的示例性例举，而非用来限制本发明，更非意图限制本发明如权利要求所述的保护范围。

实施例1

释放负离子硬质泡沫塑料：聚酯多元醇(羟值＝210)250；甲苯二异氰酸酯65；负离子超细粉10；非离子乳化剂5；十二烷基硫酸纳3；色浆适量；二甲基卞胺2；碳纳米管添加量为5。工艺：搅拌10-15秒后，加入到模具中。

混合工艺：将系列负离子添加剂在配制好的聚醚或聚酯多元醇中混合，可以得到释放负离子的功能聚合物，将释放负离子的功能聚合物与甲苯异氰酸酯等混合料在摸具内或反应釜中，在一定的条件下反应成型。负离子数在5000-10000个/cm3。

SEM表明，虽然碳纳米管微粒被包裹在基体中而具有了比初始所观察到的粒子更大的尺寸，但它还是基本保持了最初的形状和分散性，碳纳米管可以均匀的分散在PU基体中。通过在聚氨酯硬泡中加入碳纳米管，可以获得性能良好的PU/碳纳米管复合材料。KH-570与碳纳米管发生化学反应使碳纳米管表面官能团化，并与聚氨酯基活性链段进行化学反应。

RPUF的压缩强度随着碳纳米管添加量的增加，先升高，直到碳纳米管填加量为1wt.％达到最大，随后又降低。当添加量超过3wt％时，经原位生成碳纳米管增强的聚氨酯泡沫体系的压缩模量明显低于未增强体系。PU/碳纳米管复合材料的机械性能明显优于纯聚氨酯。经原位生成碳纳米管增强的聚氨酯泡沫体系的压缩模量明显高于未增强体系。当碳纳米管添加量达到1wt.％时，与同密度泡沫体系相比，增强泡沫体系的压缩强度达到最大，可提高60％。

碳纳米管增强的聚氨酯泡沫塑料在静态压缩下有一个从弹性形变到屈服，直至材料失效的过程。

随着碳纳米管含量的增加，RPUF材料热分解温度也随着增加，说明碳纳米管的加入可以提高复合材料的热稳定性。通过DSC分析得到了纯RPUF、1wt.％含量碳纳米管增强RPUF和4wt.％含量碳纳米管增强RPUF试样的热分解温度分别是281.4℃、283.7℃、288.5℃。复合材料的热分解温度高于纯RPUF的热分解温度，1wt.％碳纳米管含量增强的RPUF材料热分解温度比纯RPUF的分解温度提高了2.3℃，4wt.％碳纳米管含量增强的RPUF材料热分解温度比纯RPUF的分解温度提高了7.1℃。

对RPUF纯样和碳纳米管增强试样的分析可知，碳纳米管的加入可以显著地提高RPUF的尺寸稳定性。

实施例2

DSC数据表明，碳纳米管使HDPE的晶体熔融在较低温度下进行，这与碳纳米管使HDPE的结晶晶粒细化有关；不同的结晶度对HDPE的ESCR性能有较大的影响，细致结晶可提高HDPE的ESCR性能。由此预测碳纳米管对提高HDPE的ESCR性能有显著作用；HDPE是对ESCR极为敏感的材料，其影响因素很多。将碳纳米管添加HDPE，发现HDPE的熔体流动指数下降但幅度不大，且在碳纳米管含量达到6％之后趋于稳定；拉伸强度先升后降，弹性模量有很大的提高，断裂伸长率下降很多。确定碳纳米管含量为5.5wt.％时，综合力学性能最佳；碳纳米管含量为4wt.％的HDPE在偏光显微镜下的晶粒的尺寸明显小于纯HDPE的晶粒尺寸，这证明碳纳米管的加入，起到了异相成核的作用。而小的晶粒尺寸有利于提高材料的抗冲强度，从而进一步证明了碳纳米管的加入，对HDPE基体起到了增韧改性作用。

应当理解，这些实施例的用途仅用于说明本发明而非意欲限制本发明的保护范围。此外，也应理解，在阅读了本发明的技术内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动、修改和/或变型，所有的这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的保护范围之内。

Claims

1.一种碳纳米管改性高分子复合材料，其特征在于：它是由下述质量配比的原料制成的：有机高分子50-80；聚酯多元醇或聚醚多元醇20-60；甲苯二异氰酸酯30-85；负离子添加剂10-20；助剂0-10；色浆0-20；催化剂0.1-3；碳纳米管5-10。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管改性高分子复合材料，其中，有机高分子为聚丙烯、聚乙烯、环氧树脂、聚氨酯、聚醚、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯缩醛等纤维、塑料、橡胶、涂料、粘合剂。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管改性高分子复合材料，其中，负离子添加剂为含有纳米孔、纳米管的天然蛋白石页岩矿物材料，能放出负离子在5000个/cm³以上。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管改性高分子复合材料，其中，所述的助剂包括：填料、上色剂、固色剂、增韧剂、润滑剂。

5.根据权利要求1所述的碳纳米管改性高分子复合材料，其中，所述的催化剂为二甲基卞胺或多乙烯多胺。

6.根据权利要求1所述的碳纳米管改性高分子复合材料的制备工艺：先将聚醚多元醇或聚酯多元醇中加入碳纳米管、负离子添加剂、助剂、色浆，调配成所需的释放负离子功能的发泡弹性材料得到混合液，然后与甲苯二异氰酸酯反应制备释放负离子功能的发泡弹性材料。