CN108250603B - 一种碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料及其制备方法 - Google Patents
一种碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体公开了一种碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料及其制备方法。所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，包含如下重量份的原料成分：聚苯乙烯40～60份；改性碳纳米管材料0.1～1份；增韧剂2～5份；润滑剂1～3份；相容剂1～3份；抗氧剂0.5～1份。所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料导电性能好，表面电阻率低，在使用过程中能有效消除积聚静电带来的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料及其制备方法。
背景技术
聚苯乙烯(Polystyrene，缩写PS)是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，属无定形高分子聚合物，聚苯乙烯大分子链的侧基为苯环，大体积侧基为苯环的无规排列决定了聚苯乙烯的物理化学性质，如透明度高.刚度大.玻璃化温度高，性脆等。但现有的PS树脂混合材料存在表面电阻率高、导电性能不佳，在使用过程中积聚静电而带来安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，所述的材料导电性能好，表面电阻率低，在使用过程中能有效消除积聚静电带来的安全隐患。
本发明所要解决的上述技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，其包含如下重量份的原料成分：
聚苯乙烯 40～60份；
改性碳纳米管材料 0.1～1份；
增韧剂 2～5份；
润滑剂 1～3份；
相容剂 1～3份；
抗氧剂 0.5～1份。
优选地，所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，包含如下重量份的原料成分：
聚苯乙烯 50～60份；
改性碳纳米管材料 0.1～0.5份；
增韧剂 3～4份；
润滑剂 1～2份；
相容剂 1～2份；
抗氧剂 0.5～1份。
进一步优选地，所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，包含如下重量份的原料成分：
聚苯乙烯 50份；
改性碳纳米管材料 0.5份；
增韧剂 3份；
润滑剂 1份；
相容剂 1份；
抗氧剂 0.5份。
优选地，所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与炭黑按重量比4～6:1～3混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至500～600℃煅烧3～5h，得碳纳米管与炭黑煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与炭黑煅烧混合物加水超声分散20～40min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与氯化锌加入到分散液中；其中六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管与炭黑煅烧混合物的重量比为1～2:1～2:100；
S14.将0.8～1.5mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1～2h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
进一步优选地，步骤S11中所述的碳纳米管与炭黑按重量比5:2。
进一步优选地，步骤S13中所述的六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管与炭黑煅烧混合物的重量比为2:1:100。
进一步优选地，步骤S14中所述的硼氢化钠溶液的浓度为1～1.2mg/mL。
优选地，所述的增韧剂为增甲基丙烯酸甲酯，所述的润滑剂为聚乙烯蜡；所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1076。
上述碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料的制备方法，包含如下步骤：
S21.将聚苯乙烯、改性碳纳米管材料、增韧剂、润滑剂、相容剂以及抗氧剂混合后搅拌均匀；
S22.在双螺杆挤出机中挤出造粒即得所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料。
有益效果：(1)本发明提供了一种全新的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，所述的材料导电性能好，表面电阻率低，在使用过程中能有效消除积聚静电带来的安全隐患；(2)本发明所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料中的改性碳纳米管材料是发明人经大量实验摸索出来的具有非常优异导电性能的导电材料，在使用其制备碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料中仅需添加非常少的量即可大幅降低材料的表面电阻率；(3)实施例实验表明，本发明所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料在保持复合材料具有一定拉伸强度、弯曲强度及冲击强度同时，可以实现表面电阻率达103Ω/m2，远远优于现有技术制备得到的PS复合材料，在导电性能方面实现了重大的技术突破。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料的制备
S21.取聚苯乙烯50份、改性碳纳米管材料0.5份、增韧剂3份、润滑剂1份、相容剂1份以及抗氧剂0.5份混合后放入搅拌机中搅拌均匀；所述的增韧剂为增甲基丙烯酸甲酯，所述的润滑剂为聚乙烯蜡；所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1076；
S22.在双螺杆挤出机中挤出造粒，后经过冷却、切粒、干燥得所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料。
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与炭黑按重量比5:2混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至550℃煅烧4h，得碳纳米管与炭黑煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与炭黑煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与氯化锌加入到分散液中；其中六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管与炭黑煅烧混合物的重量比为2:1:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
本实施例制备得到的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料在IEC60093标准条件下测得的表面电阻率为1.5×103Ω/m2，ASTM D-638条件下的拉伸强为73Mpa，ASTM D790-2003条件下测得弯曲强度91Mpa，GB/T 1043-93条件下的简支梁C型缺口冲击强度22.4kJ/m2。
实施例2碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料的制备
S21.取聚苯乙烯50份、改性碳纳米管材料0.5份、增韧剂3份、润滑剂1份、相容剂1份以及抗氧剂0.5份混合后放入搅拌机中搅拌均匀；所述的增韧剂为增甲基丙烯酸甲酯，所述的润滑剂为聚乙烯蜡；所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1076；
S22.在双螺杆挤出机中挤出造粒，后经过冷却、切粒、干燥得所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料。
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与炭黑按重量比4:3混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至500℃煅烧5h，得碳纳米管与炭黑煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与炭黑煅烧混合物加水超声分散20min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与氯化锌加入到分散液中；其中六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管与炭黑煅烧混合物的重量比为1:1:100；
S14.将0.8mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
本实施例制备得到的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料在IEC60093标准条件下测得的表面电阻率为3.1×103Ω/m2，ASTM D-638条件下的拉伸强为69Mpa，ASTM D790-2003条件下测得弯曲强度81Mpa，GB/T 1043-93条件下的简支梁C型缺口冲击强度19.5kJ/m2。
实施例3碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料的制备
S21.取聚苯乙烯50份、改性碳纳米管材料0.5份、增韧剂3份、润滑剂1份、相容剂1份以及抗氧剂0.5份混合后放入搅拌机中搅拌均匀；所述的增韧剂为增甲基丙烯酸甲酯，所述的润滑剂为聚乙烯蜡；所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1076；
S22.在双螺杆挤出机中挤出造粒，后经过冷却、切粒、干燥得所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料。
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与炭黑按重量比6:1混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至600℃煅烧3h，得碳纳米管与炭黑煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与炭黑煅烧混合物加水超声分散40min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与氯化锌加入到分散液中；其中六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管与炭黑煅烧混合物的重量比为1:2:100；
S14.将1.5mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
本实施例制备得到的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料在IEC60093标准条件下测得的表面电阻率为4.3×103Ω/m2，ASTM D-638条件下的拉伸强为65Mpa，ASTM D790-2003条件下测得弯曲强度84Mpa，GB/T 1043-93条件下的简支梁C型缺口冲击强度23.1kJ/m2。
实施例4碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料的制备
S21.取聚苯乙烯60份、改性碳纳米管材料0.1份、增韧剂2份、润滑剂1份、相容剂1份以及抗氧剂0.5份混合后放入搅拌机中搅拌均匀；所述的增韧剂为增甲基丙烯酸甲酯，所述的润滑剂为聚乙烯蜡；所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1076；
S22.在双螺杆挤出机中挤出造粒，后经过冷却、切粒、干燥得所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料。
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与炭黑按重量比5:2混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至550℃煅烧4h，得碳纳米管与炭黑煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与炭黑煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与氯化锌加入到分散液中；其中六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管与炭黑煅烧混合物的重量比为2:1:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
本实施例制备得到的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料在IEC60093标准条件下测得的表面电阻率为4.1×103Ω/m2，ASTM D-638条件下的拉伸强为77Mpa，ASTM D790-2003条件下测得弯曲强度95Mpa，GB/T 1043-93条件下的简支梁C型缺口冲击强度21.3kJ/m2。
实施例5碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料的制备
S21.取聚苯乙烯40份、改性碳纳米管材料1份、增韧剂2份、润滑剂3份、相容剂3份以及抗氧剂1份混合后放入搅拌机中搅拌均匀；所述的增韧剂为增甲基丙烯酸甲酯，所述的润滑剂为聚乙烯蜡；所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1076；
S22.在双螺杆挤出机中挤出造粒，后经过冷却、切粒、干燥得所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料。
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与炭黑按重量比5:2混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至550℃煅烧4h，得碳纳米管与炭黑煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与炭黑煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与氯化锌加入到分散液中；其中六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管与炭黑煅烧混合物的重量比为2:1:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
本实施例制备得到的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料在IEC60093标准条件下测得的表面电阻率为1.8×103Ω/m2，ASTM D-638条件下的拉伸强为69Mpa，ASTM D790-2003条件下测得弯曲强度85Mpa，GB/T 1043-93条件下的简支梁C型缺口冲击强度21.2kJ/m2。
由实施例1～5的实验数据可以看出，实施例1～5制备得到的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料的表面电阻率低至103Ω/m2，导电性能十分优异，同时保持一定的拉伸强度、弯曲强度及冲击强度。此外，所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料中取改性碳纳米管材料的用量非常少，大大节约了生产成本。
对比例1PS复合材料的制备
制备方法同实施例1，不同的地方在于，本对比例直接采用碳纳米管材料替代实施例1所述的改性碳纳米管材料。
本实施例制备得到的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料在IEC60093标准条件下测得的表面电阻率为5.8×108Ω/m2。
从对比例1数据可以看出采用未改性的碳纳米管材料替代实施例1所述的改性碳纳米管材料制备得到的PS复合材料的表面电阻率为5.8×108Ω/m2远远大于实施例1的1.5×103Ω/m2，这说明，采用本发明所述的改性的碳纳米管材料能大大提高ABS/PS复合材料的导电性能。
对比例2PS复合材料的制备
制备方法同实施例1，不同的地方在于，改性的碳纳米管材料的改性方法不同。
本对比例所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至550℃煅烧4h，得碳纳米管煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与氯化锌加入到分散液中；其中六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管煅烧混合物的重量比为3:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
本对比例电PS复合材料在IEC60093标准条件下测得的表面电阻率为3.3×105Ω/m2。
本对比例所述的改性碳纳米管材料的制备方法与实施例1的区别在于，在改性过程中仅仅使用碳纳米管作原料，而实施例1中是采用碳纳米管与炭黑作原料。结果利用该改性碳纳米管材料制备得到的导电PS复合材料表面电阻率为3.3×105Ω/m2也远远大于实施例1的1.5×103Ω/m2。这说明，在改性碳纳米管材料制作过程中将碳纳米管与炭黑按一定比例相混合后共同改性能大幅提高改性纳米管的导电性能。
对比例3PS复合材料的制备
制备方法同实施例1，不同的地方在于，改性的碳材料的改性方法不同。
本对比例所述的改性碳材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将炭黑置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至550℃煅烧4h，得碳黑煅烧混合物；
S12.将得到的碳黑煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与氯化锌加入到分散液中；其中六水合氯化钴、氯化锌以及碳黑煅烧混合物的重量比为3:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1h；
S15.分离、洗涤得改性碳材料。
本对比例电ABS/PS复合材料在IEC60093标准条件下测得的表面电阻率为2.6×106Ω/m2。
本对比例所述的改性碳纳米管材料的制备方法与实施例1的区别在于，在改性过程中仅仅使用碳黑作原料，而实施例1中是采用碳纳米管与炭黑作原料。结果利用该改性碳纳米管材料制备得到的PS复合材料表面电阻率为2.6×106Ω/m2也远远大于实施例1的1.5×103Ω/m2。这说明，在改性碳纳米管材料制作过程中将碳纳米管与炭黑按一定比例相混合后共同改性能大幅提高改性纳米管的导电性能。
Claims (8)
1.一种碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，其特征在于，包含如下重量份的原料成分：
聚苯乙烯 40～60份；
改性碳纳米管材料 0.1～1份；
增韧剂 2～5份；
润滑剂 1～3份；
相容剂 1～3份；
抗氧剂 0.5～1份；
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与炭黑按重量比4～6:1～3混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至500～600℃煅烧3～5h，得碳纳米管与炭黑煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与炭黑煅烧混合物加水超声分散20～40min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与氯化锌加入到分散液中；其中六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管与炭黑煅烧混合物的重量比为1～2:1～2:100；
S14.将0.8～1.5mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1～2h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，其特征在于，包含如下重量份的原料成分：
聚苯乙烯 50～60份；
改性碳纳米管材料 0.1～0.5份；
增韧剂 3～4份；
润滑剂 1～2份；
相容剂 1～2份；
抗氧剂 0.5～1份。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，其特征在于，包含如下重量份的原料成分：
聚苯乙烯 50份；
改性碳纳米管材料 0.5份；
增韧剂 3份；
润滑剂 1份；
相容剂 1份；
抗氧剂 0.5份。
4.根据权利要求1所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，其特征在于，步骤S11中所述的碳纳米管与炭黑按重量比5:2。
5.根据权利要求1所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，其特征在于，步骤S13中所述的六水合氯化钴、氯化锌以及碳纳米管与炭黑煅烧混合物的重量比为2:1:100。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，其特征在于，步骤S14中所述的硼氢化钠溶液的浓度为1～1.2mg/mL。
7.根据权利要求1所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料，其特征在于，所述的增韧剂为增甲基丙烯酸甲酯，所述的润滑剂为聚乙烯蜡；所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1076。
8.权利要求1～7任一项所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
S21.将聚苯乙烯、改性碳纳米管材料、增韧剂、润滑剂、相容剂以及抗氧剂混合后搅拌均匀；
S22.在双螺杆挤出机中挤出造粒即得所述的碳纳米管导电改性的聚苯乙烯载带材料。
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