CN110894069A - 一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，及其制备方法。本发明通过将聚苯醚和聚苯硫醚共混，以制得改性剂，再与碳纳米管交联的方式，达到纳米材料电性能有效提升的效果。本发明具有改性剂组分合理有效、制备方法简单方便，与碳纳米管交联后介电常数提升效果明显，介电损耗保持降低水平，以及不影响碳纳米管自身其它物化性能的优点。

Description

一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，及其制备方法。
背景技术
纳米材料，指的是材料内部主要组成单元的尺寸为纳米级的一种新型材料，一般被用在高精尖设备、特级面料以及光电科技行业等高端领域。另一方面，纳米材料的介电常数，是判断一类纳米材料电性能是否优越的重要指标之一，现有的提高介电性能的方法主要是外部通电加压改进，以及内部添加改性剂这两种，但是现有的改性剂添加后大多对介电性能提升效果不明显，而且还影响纳米材料的其它性能，例如导热性、熔点等，所以市场上急需一种使用效果好的电性能改性剂。
专利公开号为CN 1549280A，公开日为2004.11.24的中国发明专利公开了一种提高纳米材料电性能的方法，它是将纳米材料置于两电极之间且两端分别与两电极相连，再将纳米材料和两电极构成的器件置于真空室中，在纳米材料两端施加电压。
但是该发明专利中的方法存在对电性能的提升效果不明显的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，及其制备方法，其能通过将聚苯醚和聚苯硫醚共混，以制得改性剂，再与碳纳米管交联的方式，达到纳米材料电性能有效提升的效果。本发明具有改性剂组分合理有效、制备方法简单方便，与碳纳米管交联后介电常数提升效果明显，介电损耗保持降低水平，以及不影响碳纳米管自身其它物化性能的优点。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，所述改性剂为聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，所述改性剂与碳纳米管交联，形成所述碳纳米管外侧用于提高介电常数的防渗流层。
在本发明中，所述聚苯醚和聚苯硫醚的共混物在所述碳纳米管外侧交联后，形成防止电流渗流的所述渗流层，因此可以显著提高介电常数，提高电性能。
进一步优选的技术方案在于：所述改性剂还包括有机溶剂组分、缓释组分、引发组分以及抗静电组分。
进一步优选的技术方案在于：所述有机溶剂组分为醚、酯以及醇中的一种或任意几种混合物，所述缓释组分为聚苯乙烯微球，所述引发组分为过氧化二苯甲酰，所述抗静电组分为阴离子抗静电组分。
在本发明中，所述缓释组分以及引发组分用于两种主体聚合物的均匀共混，而所述抗静电组分则用于辅助改性剂的电性能提高效果。
进一步优选的技术方案在于：所述聚苯醚的分子量为420-500，所述聚苯硫醚分子主链中苯硫基的数量为11-13个。
进一步优选的技术方案在于：所述聚苯醚为五环聚苯醚。
在本发明中，若所述聚苯醚的分子量过大，则容易发生与所述聚苯硫醚共混不够均匀的问题。
进一步优选的技术方案在于所述改性剂与所述碳纳米管交联并形成所述防渗流层的方法如下：
S1、在超声波反应器中添加十二烷基硫酸钠水溶液作为超声波交联基液，设定超声波频率为26-28kHz，交联温度为95-165℃；
S2、再在所述超声波反应器中添加所述聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，以及碳纳米管，提高超声波频率至45-50kHz，充分反应后制得改性后的碳纳米管，所述碳纳米管上用于电流防渗流的所述防渗流层厚度为0.60-0.65nm，
其中所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
在本发明中，所述引发剂与碳纳米管通过超声波反应涂覆方式进行所述防渗流层的涂覆形成操作，具有涂覆强度大的优点。
进一步优选的技术方案在于：所述改性剂包括按重量计的以下各组分：聚苯醚45-65份、聚苯硫醚25-40份、醚类溶剂15-22份、聚苯乙烯微球11-13份、过氧化二苯甲酰1-6份以及阴离子抗静电组分1-2份。
进一步优选的技术方案在于所述阴离子抗静电组分为十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠的乙醇溶液。
在本发明中，抗静电组分采用阴离子的原因是避免阳离子型或非离子型的抗静电组分与聚苯硫醚发生大幅且有害的黏连。
一种用于提高纳米材料电性能的改性剂的制备方法，依次包括以下步骤：
一、在反应釜中先添加有机溶剂组分、聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯乙烯微球以及过氧化二苯甲酰，保证混合温度为85-120℃，搅拌混合速率为150-200r/min，混合15-22min；
二、往所述反应釜中边通入氮气保护气，边添加阴离子抗静电组分，进行浊液形态的所述改性剂的混合制备；
三、以40-80r/min的搅拌速度融合15-25min，得到最终的改性剂。
进一步优选的技术方案在于：步骤三中，在融合过程中加热以除去占自身重量15-45％的所述有机溶剂组分。
在本发明中，所述改性剂的各组分通过加热混合方式形成有效的共混物，最终加热出于过多的有机溶剂组分，包括所述有机溶剂组分以及阴离子抗静电组分中的溶剂，最终保证整个所述改性剂的共混粘度适中，与所述碳纳米管交联效果好。
本发明通过将聚苯醚和聚苯硫醚共混，以制得改性剂，再与碳纳米管交联的方式，达到纳米材料电性能有效提升的效果。本发明具有改性剂组分合理有效、制备方法简单方便，与碳纳米管交联后介电常数提升效果明显，介电损耗保持降低水平，以及不影响碳纳米管自身其它物化性能的优点。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，非对本发明的范围进行限定。
实施例1
一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，所述改性剂为聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，所述改性剂与碳纳米管交联，形成所述碳纳米管外侧用于提高介电常数的防渗流层。
所述改性剂还包括有机溶剂组分、缓释组分、引发组分以及抗静电组分。所述有机溶剂组分为二甲醚，所述缓释组分为聚苯乙烯微球，所述引发组分为过氧化二苯甲酰，所述抗静电组分为阴离子抗静电组分。
所述聚苯醚的分子量为446，所述聚苯硫醚分子主链中苯硫基的数量为11个。所述聚苯醚为五环聚苯醚。
所述改性剂与所述碳纳米管交联并形成所述防渗流层的方法如下：
S1、在超声波反应器中添加十二烷基硫酸钠水溶液作为超声波交联基液，设定超声波频率为26kHz，交联温度为95℃；
S2、再在所述超声波反应器中添加所述聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，以及碳纳米管，提高超声波频率至45kHz，充分反应后制得改性后的碳纳米管，所述碳纳米管上用于电流防渗流的所述防渗流层厚度为0.60nm，
其中所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
所述改性剂包括按重量计的以下各组分：聚苯醚45份、聚苯硫醚25份、醚类溶剂15份、聚苯乙烯微球11-份、过氧化二苯甲酰1份以及阴离子抗静电组分1份。
所述阴离子抗静电组分为十二烷基磺酸钠的乙醇溶液。
一种用于提高纳米材料电性能的改性剂的制备方法，依次包括以下步骤：
一、在反应釜中先添加有机溶剂组分、聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯乙烯微球以及过氧化二苯甲酰，保证混合温度为85℃，搅拌混合速率为150r/min，混合15min；
二、往所述反应釜中边通入氮气保护气，边添加阴离子抗静电组分，进行浊液形态的所述改性剂的混合制备；
三、以40r/min的搅拌速度融合15min，得到最终的改性剂。
步骤三中，在融合过程中加热以除去占自身重量15％的所述有机溶剂组分。
在本发明中，最终制得的改性碳纳米管，在测试温度为25℃，频率为1000Hz的条件下，测得介电常数为85，因此可以得出所述改性剂对碳纳米管这类的纳米材料的具有电性能提高明显的优点。
实施例2
一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，所述改性剂为聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，所述改性剂与碳纳米管交联，形成所述碳纳米管外侧用于提高介电常数的防渗流层。
所述改性剂还包括有机溶剂组分、缓释组分、引发组分以及抗静电组分。所述有机溶剂组分为乙二醇，所述缓释组分为聚苯乙烯微球，所述引发组分为过氧化二苯甲酰，所述抗静电组分为阴离子抗静电组分。
所述聚苯醚的分子量为446，所述聚苯硫醚分子主链中苯硫基的数量为12个。所述聚苯醚为五环聚苯醚。
所述改性剂与所述碳纳米管交联并形成所述防渗流层的方法如下：
S1、在超声波反应器中添加十二烷基硫酸钠水溶液作为超声波交联基液，设定超声波频率为27kHz，交联温度为125℃；
S2、再在所述超声波反应器中添加所述聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，以及碳纳米管，提高超声波频率至48kHz，充分反应后制得改性后的碳纳米管，所述碳纳米管上用于电流防渗流的所述防渗流层厚度为0.60nm，
其中所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
所述改性剂包括按重量计的以下各组分：聚苯醚55份、聚苯硫醚35份、醚类溶剂18份、聚苯乙烯微球12份、过氧化二苯甲酰5份以及阴离子抗静电组分2份。
所述阴离子抗静电组分为十二烷基磺酸钠的乙醇溶液。
一种用于提高纳米材料电性能的改性剂的制备方法，依次包括以下步骤：
一、在反应釜中先添加有机溶剂组分、聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯乙烯微球以及过氧化二苯甲酰，保证混合温度为100℃，搅拌混合速率为150r/min，混合20min；
二、往所述反应釜中边通入氮气保护气，边添加阴离子抗静电组分，进行浊液形态的所述改性剂的混合制备；
三、以60r/min的搅拌速度融合20min，得到最终的改性剂。
步骤三中，在融合过程中加热以除去占自身重量25％的所述有机溶剂组分。
在本发明中，最终制得的改性碳纳米管，在测试温度为25℃，频率为1000Hz的条件下，测得介电常数为92，因此可以得出所述改性剂对碳纳米管这类的纳米材料的具有电性能提高明显的优点。
实施例3
一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，所述改性剂为聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，所述改性剂与碳纳米管交联，形成所述碳纳米管外侧用于提高介电常数的防渗流层。
所述改性剂还包括有机溶剂组分、缓释组分、引发组分以及抗静电组分。所述有机溶剂组分为苯甲酸酯，所述缓释组分为聚苯乙烯微球，所述引发组分为过氧化二苯甲酰，所述抗静电组分为阴离子抗静电组分。
所述聚苯醚的分子量为446，所述聚苯硫醚分子主链中苯硫基的数量为12个。所述聚苯醚为五环聚苯醚。
所述改性剂与所述碳纳米管交联并形成所述防渗流层的方法如下：
S1、在超声波反应器中添加十二烷基硫酸钠水溶液作为超声波交联基液，设定超声波频率为28kHz，交联温度为165℃；
S2、再在所述超声波反应器中添加所述聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，以及碳纳米管，提高超声波频率至48kHz，充分反应后制得改性后的碳纳米管，所述碳纳米管上用于电流防渗流的所述防渗流层厚度为0.60nm，
其中所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
所述改性剂包括按重量计的以下各组分：聚苯醚65份、聚苯硫醚40份、醚类溶剂22份、聚苯乙烯微球13份、过氧化二苯甲酰6份以及阴离子抗静电组分2份。
所述阴离子抗静电组分为十二烷基磺酸钠的乙醇溶液。
一种用于提高纳米材料电性能的改性剂的制备方法，依次包括以下步骤：
一、在反应釜中先添加有机溶剂组分、聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯乙烯微球以及过氧化二苯甲酰，保证混合温度为120℃，搅拌混合速率为200r/min，混合22min；
二、往所述反应釜中边通入氮气保护气，边添加阴离子抗静电组分，进行浊液形态的所述改性剂的混合制备；
三、以80r/min的搅拌速度融合25min，得到最终的改性剂。
步骤三中，在融合过程中加热以除去占自身重量35％的所述有机溶剂组分。
在本发明中，最终制得的改性碳纳米管，在测试温度为25℃，频率为1000Hz的条件下，测得介电常数为95，因此可以得出所述改性剂对碳纳米管这类的纳米材料的具有电性能提高明显的优点。
上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，其特征在于：所述改性剂为聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，所述改性剂与碳纳米管交联，形成所述碳纳米管外侧用于提高介电常数的防渗流层。
2.根据权利要求1所述的一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，其特征在于：所述改性剂还包括有机溶剂组分、缓释组分、引发组分以及抗静电组分。
3.根据权利要求2所述的一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，其特征在于：所述有机溶剂组分为醚、酯以及醇中的一种或任意几种混合物，所述缓释组分为聚苯乙烯微球，所述引发组分为过氧化二苯甲酰，所述抗静电组分为阴离子抗静电组分。
4.根据权利要求1所述的一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，其特征在于：所述聚苯醚的分子量为420-500，所述聚苯硫醚分子主链中苯硫基的数量为11-13个。
5.根据权利要求4所述的一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，其特征在于：所述聚苯醚为五环聚苯醚。
6.根据权利要求1所述的一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，其特征在于所述改性剂与所述碳纳米管交联并形成所述防渗流层的方法如下：
S1、在超声波反应器中添加十二烷基硫酸钠水溶液作为超声波交联基液，设定超声波频率为26-28kHz，交联温度为95-165℃；
S2、再在所述超声波反应器中添加所述聚苯醚和聚苯硫醚的共混物，以及碳纳米管，提高超声波频率至45-50kHz，充分反应后制得改性后的碳纳米管，所述碳纳米管上用于电流防渗流的所述防渗流层厚度为0.60-0.65nm，
其中所述碳纳米管为多壁碳纳米管。
7.根据权利要求3所述的一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，其特征在于所述改性剂包括按重量计的以下各组分：聚苯醚45-65份、聚苯硫醚25-40份、醚类溶剂15-22份、聚苯乙烯微球11-13份、过氧化二苯甲酰1-6份以及阴离子抗静电组分1-2份。
8.根据权利要求3或7所述的一种用于提高纳米材料电性能的改性剂，其特征在于：所述阴离子抗静电组分为十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠的乙醇溶液。
9.一种如权利要求3所述的用于提高纳米材料电性能的改性剂的制备方法，其特征在于依次包括以下步骤：
一、在反应釜中先添加有机溶剂组分、聚苯醚、聚苯硫醚、聚苯乙烯微球以及过氧化二苯甲酰，保证混合温度为85-120℃，搅拌混合速率为150-200r/min，混合15-22min；
二、往所述反应釜中边通入氮气保护气，边添加阴离子抗静电组分，进行浊液形态的所述改性剂的混合制备；
三、以40-80r/min的搅拌速度融合15-25min，得到最终的改性剂。
10.根据权利要求9所述的一种用于提高纳米材料电性能的改性剂的制备方法，其特征在于：步骤三中，在融合过程中加热以除去占自身重量15-45％的所述有机溶剂组分。
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