CN110256808B - 碳纳米管-聚亚胺复合材料及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了碳纳米管‑聚亚胺复合材料及其制备方法与应用，涉及导电材料领域。该复合材料的原料包括摩尔比为1:6‑12的碳纳米管和聚亚胺。采用如下步骤制备：将二醛化合物加入有机溶剂，分散后加入碳纳米管，完全分散后得第一溶液；将胺源、交联剂分散于有机溶剂，与第一溶液混合均匀后倒入模具成膜；梯度升温处理薄膜，由室温升至80‑90℃；对薄膜进行热压处理。该复合材料兼具碳纳米管的优良导电性和聚亚胺的可修复和回收性能，综合性能优异。将其用于柔性电子器件，导电性优良，能进行材料的修复和回收，减少电子垃圾的产生。合成聚亚胺的同时用碳纳米管对其改性，有效提高改性效率，梯度升温处理半成品，有效提高材料的综合性能。

Description

碳纳米管-聚亚胺复合材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及导电材料领域，具体而言涉及碳纳米管-聚亚胺复合材料及其制备方法与应用。
背景技术
聚亚胺树脂是一种新型热固性材料，属于体型高分子材料一类。聚亚胺树脂是在水和 (或)热的驱动下，由醛胺缩合反应及亚胺交换反应而成，亚胺键的动态共价相互作用使得聚亚胺具有可锻塑性，可修复性及可回收性等优异性能。聚亚胺可以方便地在室温条件下通过热压成型或溶剂润湿条件进行自修复。此外，不同聚亚胺合成前体可赋予聚亚胺材料不同的机械性能，因而被广泛运用。但是纯的聚亚胺为绝缘材料，限制了其进一步的运用。所以，对聚亚胺树脂进行改性，使其具有导电性能，是拓展其运用的重要方向。
碳纳米管由于其独特的管状结构，使碳纳米管具有低密度，高长径比，高力学及电学性能，对高分子基体材料具有显著的此类性能增强效果。现有技术中，将聚亚胺树脂与碳纳米管的特点结合起来，用于制备综合性能优异的复合材料还未见报道。
发明内容
本发明的第一发明目的在于：针对上述存在的问题，提供碳纳米管-聚亚胺复合材料，该材料兼具碳纳米管的导电性能和聚亚胺树脂的可修复和回收性能，综合性能优异。
本发明的第二发明目的在于，提供上述的碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备方法。
本发明的第三发明目的在于，提供上述的碳纳米管-聚亚胺复合材料在柔性电子器件中的应用，该材料具有优良的导电性能，能进行材料的修复和回收，减少电子垃圾的产生。
本发明采用的技术方案如下：
碳纳米管-聚亚胺复合材料，其原料包括摩尔比为1:(6-12)的碳纳米管和聚亚胺。
本发明的一种碳纳米管-聚亚胺复合材料，聚亚胺的原料包括摩尔比为(25-35)：(10-18)：9的二醛化合物、胺源和交联剂。
本发明的一种碳纳米管-聚亚胺复合材料，二醛化合物包括但不限于戊二醛、间苯二甲醛、对苯二甲醛或取代基取代的对苯二甲醛。
本发明的一种碳纳米管-聚亚胺复合材料，胺源包括但不限于二亚乙烯三胺、三(2-氨基乙基)胺、乙二胺、2,2'-二氨基-N-甲基二乙胺；交联剂包括但不限于二亚乙烯三胺或三 (2-氨基乙基)胺，并且胺源和交联剂为不同物质。
本发明的一种碳纳米管-聚亚胺复合材料，碳纳米管的管径为10-20nm，长度为10-3 0μm。
本发明的一种碳纳米管-聚亚胺复合材料，碳纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或修饰的碳纳米管中的任意一种。
碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备方法，其包括如下步骤：
将二醛化合物加入有机溶剂中，完全分散后，加入碳纳米管，经磁力搅拌及超声后完全分散，得到第一溶液；
将胺源、交联剂均匀分散于有机溶剂中，与第一溶液混合均匀后倒入模具中成膜；
采用梯度升温的方式处理薄膜，由室温升温至80-90℃；
对薄膜进行热压处理，在80-100℃下热压1-5h。
本发明的一种碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备方法，所述有机溶剂包括但不限于N,N- 二甲基甲酰胺、二甲亚砜、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷或乙醇中的任意一种。
本发明的一种碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备方法，薄膜的梯度升温过程包括：室温下放置0.5-3h，移至烘箱中于30-50℃保温0.5-3h，继续升温至55-70℃，保温1-4h，随后升温至70-80℃，保温1-4h，最后升温至80-90℃，保温1-4h。
碳纳米管-聚亚胺复合材料在柔性电子器件中的应用。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明提供碳纳米管-聚亚胺复合材料及其制备方法与应用，该复合材料由碳纳米管改性聚亚胺而成，因而兼具碳纳米管的优良导电性和聚亚胺的优良可修复和回收性能，综合性能优异。将该复合材料用于柔性电子器件时，不但导电性优良，而且能进行材料的修复和回收，减少电子垃圾的产生。该制备方法中，在合成聚亚胺的同时用碳纳米管对其进行改性，能有效提高改性效率，同时采用梯度升温的方式处理半成品，有效提高材料的综合性能。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明实施例6中提供的聚亚胺树脂的红外光谱图；
图2是本发明实施例8中提供的碳纳米管-聚亚胺复合材料截面的扫描电子显微镜图像。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
本实施例提供一种碳纳米管-聚亚胺复合材料，其原料包括摩尔比为1:6的碳纳米管和聚亚胺。
实施例2
本实施例提供一种碳纳米管-聚亚胺复合材料，其原料包括摩尔比为1:12的碳纳米管和聚亚胺。其中，碳纳米管的管径为10-20nm，长度为10-30μm。
实施例3
本实施例提供一种碳纳米管-聚亚胺复合材料，其原料包括摩尔比为1:9的碳纳米管和聚亚胺。其中，碳纳米管的管径为10-20nm，长度为10-30μm，并选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或修饰的碳纳米管中的任意一种。
实施例4
本实施例提供一种聚亚胺树脂及其制备方法，制得的聚亚胺可用作实施例1-3中的原料，该方法包括如下步骤：
步骤一：将二醛化合物加入有机溶剂中，经磁力搅拌及超声后完全分散，得到第一溶液。
步骤二：将胺源、交联剂均匀分散于有机溶剂中，与第一溶液混合均匀后倒入模具中成膜。
步骤三：采用梯度升温的方式处理薄膜，由室温升温至80-90℃。
步骤四：对薄膜进行热压处理，在80-100℃下热压1-5h，即得到聚亚胺树脂薄膜。
实施例5
本实施例提供一种聚亚胺树脂及其制备方法，制得的聚亚胺可用作实施例1-3中的原料，该方法包括如下步骤：
步骤一：将间苯二甲醛加入二甲基乙酰胺中，经磁力搅拌及超声后完全分散，得到第一溶液。
步骤二：将乙二胺、二亚乙烯三胺均匀分散于二甲基乙酰胺中，与第一溶液混合均匀后倒入模具中成膜。其中，间苯二甲醛、乙二胺、二亚乙烯三胺的摩尔比为25:18:9。
步骤三：采用梯度升温的方式处理薄膜，由室温升温至80-90℃。
步骤四：对薄膜进行热压处理，在80-100℃下热压1-5h，即得到聚亚胺树脂薄膜。
实施例6
本实施例提供一种聚亚胺树脂及其制备方法，制得的聚亚胺可用作实施例1-3中的原料，该方法包括如下步骤：
步骤一：将对苯二甲醛加入N,N-二甲基甲酰胺中，经磁力搅拌及超声后完全分散，得到第一溶液。
步骤二：将三(2-氨基乙基)胺、二亚乙烯三胺均匀分散于N,N-二甲基甲酰胺中，与第一溶液混合均匀后倒入模具中成膜。其中，对苯二甲醛、三(2-氨基乙基)胺、二亚乙烯三胺的摩尔比为30:14:9。
步骤三：采用梯度升温的方式处理薄膜，由室温升温至80-90℃。具体过程为：室温下放置0.5-3h，移至烘箱中于30-50℃保温0.5-3h，继续升温至55-70℃，保温1-4h，随后升温至70-80℃，保温1-4h，最后升温至80-90℃，保温1-4h。
步骤四：对薄膜进行热压处理，在80-100℃下热压1-5h，即得到聚亚胺树脂薄膜。
对原料对苯二甲醛以及本实施例合成的聚亚胺树脂进行红外光谱分析，对苯二甲醛以及聚亚胺树脂的红外光谱图分别如图1-A和1-B所示。图1-A为对苯二甲醛的红外光谱，其C＝O键伸缩振动位置为1693cm-1。图1-B为聚亚胺的红外光谱，此时原料对苯二甲醛的C＝O键伸缩振动已经检测不到，取而代之的是在1638.7cm-1位置的C＝N键的伸缩振动，醛基的消失及亚胺键生成证实了聚亚胺材料的形成。
实施例7
本实施例提供一种碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备方法，该方法适用于实施例1-3中的碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备，该方法包括如下步骤：
步骤一：将戊二醛加入N-甲基吡咯烷酮中，完全分散后，加入碳纳米管，经磁力搅拌及超声后完全分散，得到第一溶液。
步骤二：将2,2'-二氨基-N-甲基二乙胺、三(2-氨基乙基)胺均匀分散于N-甲基吡咯烷酮中，与第一溶液混合均匀后倒入模具中成膜。其中，对戊二醛、2,2'-二氨基-N-甲基二乙胺、三(2-氨基乙基)胺的摩尔比为35:10:9。
步骤三：采用梯度升温的方式处理薄膜，由室温升温至80-90℃。具体过程为：室温下放置0.5-3h，移至烘箱中于30-50℃保温0.5h-3h，继续升温至55-70℃，保温1-4h，随后升温至70-80℃，保温1-4h，最后升温至80-90℃，保温1-4h。
步骤四：对薄膜进行热压处理，在80-100℃下热压1-5h，即得到碳纳米管-聚亚胺复合材料。
实施例8
本实施例提供一种碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备方法，该方法适用于实施例1-3中的碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备，该方法包括如下步骤：
步骤一：将对苯二甲醛加入N,N-二甲基甲酰胺中，完全分散后，加入碳纳米管，经磁力搅拌及超声后完全分散，得到第一溶液。
步骤二：将三(2-氨基乙基)胺、二亚乙烯三胺均匀分散于N,N-二甲基甲酰胺中，与第一溶液混合均匀后倒入模具中成膜。其中，对苯二甲醛、三(2-氨基乙基)胺、二亚乙烯三胺的摩尔比为30:14:9。
步骤三：采用梯度升温的方式处理薄膜，由室温升温至80-90℃。具体过程为：室温下放置0.5-3h，移至烘箱中于30-50℃保温0.5-3h，继续升温至55-70℃，保温1-4h，随后升温至70-80℃，保温1-4h，最后升温至80-90℃，保温1-4h。
步骤四：对薄膜进行热压处理，在80-100℃下热压1-5h，即得到碳纳米管-聚亚胺复合材料。
对本实施例提供的碳纳米管-聚亚胺复合材料进行微观表征，结果如图2所示，图2为碳纳米管-聚亚胺复合材料截面扫描电子显微镜图像。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.碳纳米管-聚亚胺复合材料，其特征在于，其原料包括摩尔比为1:(6-12)的碳纳米管和聚亚胺，聚亚胺的原料包括摩尔比为(25-35)：(10-18)：9的二醛化合物、胺源和交联剂，二醛化合物包括戊二醛、间苯二甲醛、对苯二甲醛或取代基取代的对苯二甲醛，胺源包括二亚乙烯三胺、三(2-氨基乙基)胺、乙二胺、2,2'-二氨基-N-甲基二乙胺；交联剂包括二亚乙烯三胺或三(2-氨基乙基)胺，并且胺源和交联剂为不同物质。
2.根据权利要求1中所述的碳纳米管-聚亚胺复合材料，其特征在于，碳纳米管的管径为10-20nm，长度为10-30μm。
3.根据权利要求2所述的碳纳米管-聚亚胺复合材料，其特征在于，碳纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或修饰的碳纳米管中的任意一种。
4.权利要求1-3任一项所述的碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
将二醛化合物加入有机溶剂中，完全分散后，加入碳纳米管，经磁力搅拌及超声后完全分散，得到第一溶液；
将胺源、交联剂均匀分散于有机溶剂中，与第一溶液混合均匀后倒入模具中成膜；
采用梯度升温的方式处理薄膜，由室温升温至80-90℃；
对薄膜进行热压处理，在80-100℃下热压1-5h。
5.根据权利要求4所述的碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、乙酸乙酯、二氯甲烷或乙醇中的任意一种。
6.根据权利要求4所述的碳纳米管-聚亚胺复合材料的制备方法，其特征在于，薄膜的梯度升温过程包括：室温下放置0.5-3h，移至烘箱中于30-50℃保温0.5h-3h，继续升温至55-70℃，保温1-4h，随后升温至70-80℃，保温1-4h，最后升温至80-90℃，保温1-4h。
7.权利要求1-3任一项所述的碳纳米管-聚亚胺复合材料在柔性电子器件中的应用。
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