CN107793758A - 一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物及其制备与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物及其制备与应用,该聚合物包括以下百分含量组分:碳纳米管0.5‑3%、氮化物微粉0.5‑3%、改性高岭土0‑2%、氟硅酸铜0‑2%、聚酰亚胺树脂余量,本发明通过合理的配方组成和工艺改进,原料间分散结合性强,制得的聚合物材料分布均匀,空间结构交联稳固,有效提高了力学、电学性能,综合质量显著提升,具有良好的市场推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,具体涉及一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物及其制备与应用。
背景技术
聚酰亚胺(PI)是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物,其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。其耐温达400℃以上,耐骤冷骤热,长期使用温度范围-200~300℃,具有优异的电性能、机械性能,优异的耐化学腐蚀、耐溶剂性能,且热膨胀系数较小、耐磨性能较好。已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等尖端技术领域。但聚酰亚胺体积电阻率高达10 15~10 17Ω.cm,容易在其表面产生静电,易引起爆炸和火灾,提高聚酰亚胺材料的抗静电能力和导电能力,可拓宽其在化工、机械、电子等领域的应用。
碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键,由于共轭效应显著,碳纳米管具有一些特殊的电学性质,而且碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同,所以具有很好的电学性能。因此,将碳纳米管与聚酰亚胺复合是非常看好的研究方向,目前,碳纳米管已大量用于高分子材料的复合参杂研究,且取得的良好的成效,但仍然存在制备繁琐、综合性能不够理想等问题,因此,需要进一步的研究和完善以获得低成本、高质量的高分子材料。
发明内容
针对上述存在的问题,本发明提出了一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物及其制备与应用,通过合理的配方组成和工艺改进,原料间分散结合性强,制得的聚合物材料分布均匀,空间结构交联稳固,有效提高了力学、电学性能,用于聚酰亚胺薄膜综合质量显著提升,具有良好的市场推广价值。
为了实现上述的目的,本发明采用以下的技术方案:
一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,包括以下百分含量组分:碳纳米管0.5-3%、氮化物微粉0.5-3%、聚酰亚胺树脂余量。
优选的,碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,还包括以下百分含量组分:改性高岭土0-2%、氟硅酸铜0-2%。
优选的,所述碳纳米管采用单壁碳纳米管,管径为0.5-3nm。
优选的,所述氮化物微粉为氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌、氮化钽中的任意一种或以上的组合物。
优选的,所述氮化物微粉为质量比0.5:0.8:0.8:0.3氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌的任组合物。
优选的,所述改性高岭土制备步骤如下:先将高岭土置于球磨机中研磨至粒径为0.2-0.3μm,然后取出,向其中添加高岭土总质量 0.5-1.5%的偶联剂,再一起送入高速混合机内,先在70-90℃、2000rpm 加热反应10-30min,然后升温至110-120℃,3000rpm搅拌反应 10-30min,最后降温至80-100℃、2000rpm搅拌反应10-30min。
优选的,所述偶联剂采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
优选的,碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,制备步骤如下:
1)按重量百分比称取原料,先将氟硅酸铜加入聚酰亚胺树脂中,先常温下搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐升温75±5℃,继续搅拌 10-20min,保温30min,得混合物一;
2)将改性高岭土分次加入混合物一中,搅拌均匀后,50℃保温反应1-3h,得混合物二;
3)将氮化物微粉、碳纳米管在搅拌条件下分多次交替加入混合物二中,先40-50℃加热搅拌0.5-1h,然后常温搅拌0.5-2h,即可。
优选的,步骤2)中至少分3次加入,每两次添加间隔为10-15min;步骤3)中氮化物微粉、碳纳米管均至少分为三份,交替添加,每两次添加间隔为10-15min。
优选的,制得的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物用于制备聚酰亚胺薄膜。
由于采用上述的技术方案,本发明的有益效果是:本发明通过合理的配方组成和工艺改进,原料间分散结合性强,制得的聚合物材料分布均匀,空间结构交联稳固,有效提高了力学、电学性能,综合质量显著提升,具有良好的市场推广价值。
本发明通过碳纳米管、氮化物微粉不仅提高了聚合物的导电性能,同时明显提高了补强作用,拉伸强度提高了3倍以上,配合氟硅酸铜,一方面提高了树脂薄膜的平整美观度,改善了耐溶剂、耐老化性,另一方面在结合过程中,产生游离的铜离子,可与树脂基体端基键合或空间内部嵌合,整体导电连通性强,配合改性高岭土,分子间的网络结构连接过渡性好,组分分散性好,整体结合力强。
本发明制得的聚合物用于制备聚酰亚胺薄膜(厚度20-30μm),拉伸强度为184-207MPa,线性热膨胀系数为20-36ppm/℃,透射率 (400-740nm)88.2%,断裂伸长率为38-47%,导电率为3.67× 10-5-1.67S/m。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明的实施例,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。
实施例1:
一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,包括以下百分含量组分:碳纳米管0.5%、氮化物微粉1%、改性高岭土1.5%、氟硅酸铜0.5%、聚酰亚胺树脂余量。
其中,碳纳米管采用单壁碳纳米管,管径为0.5-3nm;氮化物微粉为氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌、氮化钽中的任意一种或以上的组合物,本实施例采用质量比0.5:0.8:0.8:0.3氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌的组合物。
改性高岭土制备步骤如下:先将高岭土置于球磨机中研磨至粒径为0.2-0.3μm,然后取出,向其中添加高岭土总质量0.5%的钛酸酯偶联剂,再一起送入高速混合机内,先在70℃、2000rpm加热反应 30min,然后升温至110℃,3000rpm搅拌反应10min,最后降温至80℃、 2000rpm搅拌反应30min。
碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,制备步骤如下:
1)按重量百分比称取原料,先将氟硅酸铜加入聚酰亚胺树脂中,先常温下搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐升温75±5℃,继续搅拌 10min,保温30min,得混合物一;
2)将改性高岭土分3次加入混合物一中,每两次添加间隔为 10min,搅拌均匀后,50℃保温反应2h,得混合物二;
3)将氮化物微粉、碳纳米管在搅拌条件下均分3次交替加入混合物二中,每两次添加间隔为10min,先10℃加热搅拌0.5h,然后常温搅拌1.5h,即可。
制得的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物可用于制备聚酰亚胺薄膜。
实施例2:
一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,包括以下百分含量组分:碳纳米管1.5%、氮化物微粉0.5%、改性高岭土0.5%、氟硅酸铜 1.5%、聚酰亚胺树脂余量。
其中,碳纳米管采用单壁碳纳米管,管径为0.5-3nm;氮化物微粉为氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌、氮化钽中的任意一种或以上的组合物,本实施例采用氮化锆。
改性高岭土制备步骤如下:先将高岭土置于球磨机中研磨至粒径为0.2-0.3μm,然后取出,向其中添加高岭土总质量1.2%的钛酸酯偶联剂,再一起送入高速混合机内,先在80℃、2000rpm加热反应 20min,然后升温至120℃,3000rpm搅拌反应20min,最后降温至100℃、2000rpm搅拌反应10min。
碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,制备步骤如下:
1)按重量百分比称取原料,先将氟硅酸铜加入聚酰亚胺树脂中,先常温下搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐升温75±5℃,继续搅拌 15min,保温30min,得混合物一;
2)将改性高岭土分3次加入混合物一中,每两次添加间隔为 15min,搅拌均匀后,50℃保温反应2.5h,得混合物二;
3)将氮化物微粉、碳纳米管在搅拌条件下均分3次交替加入混合物二中,每两次添加间隔为12min,先45℃加热搅拌1h,然后常温搅拌0.5h,即可。
制得的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物可用于制备聚酰亚胺薄膜。
实施例3:
一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,包括以下百分含量组分:碳纳米管3%、氮化物微粉2.5%、改性高岭土1%、氟硅酸铜0.5%、聚酰亚胺树脂余量。
其中,碳纳米管采用单壁碳纳米管,管径为0.5-3nm;氮化物微粉为氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌、氮化钽中的任意一种或以上的组合物,本实施例采用质量比1:1的氮化锆、氮化钛的组合物。
改性高岭土制备步骤如下:先将高岭土置于球磨机中研磨至粒径为0.2-0.3μm,然后取出,向其中添加高岭土总质量1.5%的硅烷偶联剂,再一起送入高速混合机内,先在80℃、2000rpm加热反应10min,然后升温至110℃,3000rpm搅拌反应20min,最后降温至90℃、2000rpm搅拌反应20min。
碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,制备步骤如下:
1)按重量百分比称取原料,先将氟硅酸铜加入聚酰亚胺树脂中,先常温下搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐升温75±5℃,继续搅拌 10min,保温30min,得混合物一;
2)将改性高岭土分3次加入混合物一中,每两次添加间隔为 10min,搅拌均匀后,50℃保温反应2h,得混合物二;
3)将氮化物微粉、碳纳米管在搅拌条件下均分3次交替加入混合物二中,每两次添加间隔为10min,先50℃加热搅拌0.5h,然后常温搅拌1h,即可。
制得的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物可用于制备聚酰亚胺薄膜。
实施例4:
一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,包括以下百分含量组分:碳纳米管2%、氮化物微粉2%、改性高岭土2%、氟硅酸铜1%、聚酰亚胺树脂余量。
其中,碳纳米管采用单壁碳纳米管,管径为0.5-3nm;氮化物微粉为氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌、氮化钽中的任意一种或以上的组合物,本实施例采用质量比0.5:0.8:0.8:0.3氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌的组合物。
改性高岭土制备步骤如下:先将高岭土置于球磨机中研磨至粒径为0.2-0.3μm,然后取出,向其中添加高岭土总质量1%的硅烷偶联剂,再一起送入高速混合机内,先在90℃、2000rpm加热反应20min,然后升温至110℃,3000rpm搅拌反应30min,最后降温至90℃、2000rpm搅拌反应10min。
碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,制备步骤如下:
1)按重量百分比称取原料,先将氟硅酸铜加入聚酰亚胺树脂中,先常温下搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐升温75±5℃,继续搅拌20min,保温30min,得混合物一;
2)将改性高岭土分3次加入混合物一中,每两次添加间隔为 10min,搅拌均匀后,50℃保温反应3h,得混合物二;
3)将氮化物微粉、碳纳米管在搅拌条件下均分3次交替加入混合物二中,每两次添加间隔为15min,先50℃加热搅拌0.5h,然后常温搅拌2h,即可。
制得的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物可用于制备聚酰亚胺薄膜。
实施例5:
一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,包括以下百分含量组分:碳纳米管2%、氮化物微粉3%、改性高岭土1.5%、氟硅酸铜2%、聚酰亚胺树脂余量。
其中,碳纳米管采用单壁碳纳米管,管径为0.5-3nm;氮化物微粉为氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌、氮化钽中的任意一种或以上的组合物,本实施例采用质量比1:1:1:0.5氮化硅、氮化钛、氮化锌、氮化钽的组合物。
改性高岭土制备步骤如下:先将高岭土置于球磨机中研磨至粒径为0.2-0.3μm,然后取出,向其中添加高岭土总质量0.8%的钛酸酯偶联剂,再一起送入高速混合机内,先在90℃、2000rpm加热反应 10min,然后升温至120℃,3000rpm搅拌反应10min,最后降温至80℃、 2000rpm搅拌反应20min。
碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,制备步骤如下:
1)按重量百分比称取原料,先将氟硅酸铜加入聚酰亚胺树脂中,先常温下搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐升温75±5℃,继续搅拌 15min,保温30min,得混合物一;
2)将改性高岭土分3次加入混合物一中,每两次添加间隔为 15min,搅拌均匀后,50℃保温反应1h,得混合物二;
3)将氮化物微粉、碳纳米管在搅拌条件下均分3次交替加入混合物二中,每两次添加间隔为10min,先45℃加热搅拌1h,然后常温搅拌1.5h,即可。
制得的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物可用于制备聚酰亚胺薄膜。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,其特征在于,包括以下百分含量组分:碳纳米管0.5-3%、氮化物微粉0.5-3%、聚酰亚胺树脂余量。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,其特征在于,还包括以下百分含量组分:改性高岭土0-2%、氟硅酸铜0-2%。
3.根据权利要求2所述的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,其特征在于:所述碳纳米管采用单壁碳纳米管,管径为0.5-3nm。
4.根据权利要求2所述的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,其特征在于:所述氮化物微粉为氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌、氮化钽中的任意一种或以上的组合物。
5.根据权利要求4所述的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,其特征在于:所述氮化物微粉为质量比0.5:0.8:0.8:0.3氮化硅、氮化锆、氮化钛、氮化锌的任组合物。
6.根据权利要求2所述的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,其特征在于,所述改性高岭土制备步骤如下:先将高岭土置于球磨机中研磨至粒径为0.2-0.3μm,然后取出,向其中添加高岭土总质量0.5-1.5%的偶联剂,再一起送入高速混合机内,先在70-90℃、2000rpm加热反应10-30min,然后升温至110-120℃,3000rpm搅拌反应10-30min,最后降温至80-100℃、2000rpm搅拌反应10-30min。
7.根据权利要求6所述的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,其特征在于:所述偶联剂采用硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
8.根据权利要求1-7任一项所述的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,其特征在于,制备步骤如下:
1)按重量百分比称取原料,先将氟硅酸铜加入聚酰亚胺树脂中,先常温下搅拌均匀,然后在搅拌条件下逐渐升温75±5℃,继续搅拌10-20min,保温30min,得混合物一;
2)将改性高岭土分次加入混合物一中,搅拌均匀后,50℃保温反应1-3h,得混合物二;
3)将氮化物微粉、碳纳米管在搅拌条件下分多次交替加入混合物二中,先40-50℃加热搅拌0.5-1h,然后常温搅拌0.5-2h,即可。
9.根据权利要求8所述的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物,其特征在于:步骤2)中至少分3次加入,每两次添加间隔为10-15min;步骤3)中氮化物微粉、碳纳米管均至少分为三份,交替添加,每两次添加间隔为10-15min。
10.一种根据权利要求8制备的碳纳米管复合聚酰亚胺树脂的聚合物的应用:用于制备聚酰亚胺薄膜。
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