CN111978701B - 一种导电聚酯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种导电聚酯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导电聚酯复合材料，所述导电聚酯材料包括以下重量份数的组分：聚碳酸酯65～85份；聚萘酸酯5～15份；增韧剂5～10份；Mxene1～10份；酯交换抑制剂0.1～0.5份；抗氧化剂0.1～0.5份；润滑剂0～0.5份。上述导电聚酯复合材料，采用聚碳酸酯、聚萘酸酯为主要原料，其中聚萘酸酯具有相对较高的玻璃化温度和融融温度，能够提高复合材料的耐高温性能，且添加了具有高导电、高比表面积、高耐热的二维材料Mxene作为导电剂，其添加量少，在赋予复合材料优良的导电和耐高温性能的同时不影响复合材料的机械性能，可广泛应用于电子电器中。

Description

一种导电聚酯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于导电聚酯材料技术领域，具体而言，本发明涉及一种一种导电聚酯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
在塑料中添加导电填料(如导电纤维，炭黑等)是制备导电塑料的主要方法之一，例如，中国专利申请CN101591469A公布了一种导电聚酯，聚碳酸酯树脂或聚碳酸酯/聚对苯二甲酸丁二醇酯的复合物，使用吸油值150mL/100g的导电炭黑，在炭黑填充量每100重量份聚碳酸酯添加21重量份时，虽然可使复合材料的表面电阻率达到105欧姆/平方，但是其热变形温度最高只有132℃，并且高填充炭黑使用，使导电聚酯的机械性能较差。
传统的导电聚酯一般采用聚对苯二甲酸酯作为聚酯主要材料，然而这类材料玻璃化温度和熔融温度较低，耐高温的性能较差；炭黑作为导电剂其加入量较大地影响了聚酯材料的机械性能，不能很好地满足电子器件中对聚酯材料的机械性能和耐高温性能的要求，极大地限制了导电聚酯的应用。
发明内容
针对传统的聚酯材料高填充导电材料，导致聚酯材料机械性能差的技术问题，本发明提出了一种导电聚酯复合材料及其制备方法和应用。
本发明提供的一种导电聚酯复合材料，所述导电聚酯材料包括以下重量份数的组分：
Figure BDA0002659559810000021
在其中的一个实施例中，所述聚萘酸酯选自聚2,6-二甲基萘二甲酸乙二醇酯、聚2,6-二甲基萘二甲酸丙二醇酯以及聚2,6-二甲基萘二甲酸丁二醇酯中的任意一种或几种。
在其中的一个实施例中，所述增韧剂耐选自乙烯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物以及乙烯-丙烯酸甲酯二元共聚物中任意一种或几种。
在其中的一个实施例中，所述酯交换抑制剂为亚磷酸三甲苯酯。
在其中的一个实施例中，所述抗氧剂为巴斯夫抗氧剂1010。
在其中的一个实施例中，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
在其中的一个实施例中，所述MXene的化学通式为Mn+1XnTx，其中，n＝1～3,M为前过渡金属元素，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，T为表面官能团。
在其中的一个实施例中，M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Mn元素中的任意一种或两种以上的组合；所述表面官能团包括-OH、-F、-O、-S、-Cl中的任意一种或几种。
本发明还提供了一种上述的导电聚酯复合材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将聚碳酸酯、聚萘酸酯、增韧剂、Mxene、酯交换抑制剂、抗氧化剂、润滑剂按组分比混合均匀，于270℃～330℃温度下熔融挤出、造粒，制得所述导电聚酯复合材料。
本发明还提供了一种上述的导电聚酯复合材料在电子产品中的应用。
上述导电聚酯复合材料，采用聚碳酸酯、聚萘酸酯为主要原料，其中聚萘酸酯具有相对较高的玻璃化温度和融融温度，能够提高复合材料的耐高温性能，且添加了具有高导电、高比表面积、高耐热的二维材料Mxene作为导电剂，其添加量少，在赋予复合材料优良的导电和耐高温性能的同时不影响复合材料的机械性能，可广泛应用于电子电器中。
上述导电聚酯复合材料的制备方法简单，制备条件温和，采用传统的机械设备即可进行制备，操作简单，极易工业化。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
本发明的实施例采用以下原料:
聚碳酸酯，购自韩国三养；聚萘二甲酸乙二醇酯，购自扬州天辰精细化工有限公司；Mxene(Ti3C2TX 1％in PVP)，购自上海正有化工科技有限公司；增韧剂乙烯-丙烯酸甲酯二元共聚物(EMA)，购自美国DuPont公司；抗氧剂巴斯夫抗氧剂1010(Irganoxl010)，购自Ciba公司；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯，购自LOZA公司。
本发明的第一大方面提出了一种导电聚酯复合材料。在一实施例中，导电聚酯复合材料，包括以下重量份数的组分：聚碳酸酯65～85份，聚萘酸酯5～15份，增韧剂5～10份，Mxene1～10份，酯交换抑制剂0.1～0.5份，抗氧化剂0.1～0.5份，润滑剂0～0.5份。
其中，聚萘酸酯具有相对较高的玻璃化温度和融融温度，能够提高复合材料的耐高温性能。MXene在复合材料中作为导电剂和耐高温助剂，其是一种新型的二维过渡金属碳化物或氮化物，具有类似石墨烯的二维及结构，传统的认为其具有较好的导电性能，在本发明中，通过研究发现，当将其添加至复合材料中后，其不仅可以提供导电性能，而且还意外地能够增强复合材料的耐高温性能，在添加量极少的情况下即可使复合材料具有优良的导电性和耐高温性能，满足电子产品对导电聚酯材料导电性以及耐高温性能的需求。
上述导电聚酯复合材料，采用聚碳酸酯、聚萘酸酯为主要原料，其中聚萘酸酯具有相对较高的玻璃化温度和融融温度，能够提高复合材料的耐高温性能，且添加了具有高导电、高比表面积、高耐热的二维材料Mxene作为导电剂，其添加量少，在赋予复合材料优良的导电和耐高温性能的同时不影响复合材料的机械性能，可广泛应用于电子电器中。
优选的，聚萘酸酯可以是聚2,6-二甲基萘二甲酸乙二醇酯、聚2,6-二甲基萘二甲酸丙二醇酯以及聚2,6-二甲基萘二甲酸丁二醇酯中的任意一种或几种。
优选的，增韧剂耐可以是乙烯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物以及乙烯-丙烯酸甲酯二元共聚物中任意一种或几种。
优选的，所述酯交换抑制剂可以是亚磷酸三甲苯酯。
优选的，抗氧剂可以是巴斯夫抗氧剂1010(RGANOX1010)。
优选的，润滑剂可以是季戊四醇硬脂酸酯。
优选的，MXene的化学通式为Mn+1XnTx，其中，n＝1～3，M为前过渡金属元素，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，T为表面官能团。导电聚酯复合材料中的MXene选自上述化学通式中的至少一种或几种的组合。
更优选的，M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Mn元素中的任意一种或两种以上的组合；所述表面官能团包括-OH、-F、-O、-S、-Cl中的任意一种或几种。
作为一种可选实施方式，MXene可以是Ti4N3、Ti3C2TX。
本发明的第二大方面提出了一种上述导电聚酯复合材料的制备方法。在一实施例中，该导电聚酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚碳酸酯、聚萘酸酯、增韧剂、Mxene、酯交换抑制剂、抗氧化剂、润滑剂按组分比混合均匀，于270℃～330℃温度下熔融挤出、造粒，制得所述导电聚酯复合材料。
上述导电聚酯复合材料的制备方法简单，制备条件温和，采用传统的机械设备即可进行制备，操作简单，极易工业化。
本发明的第三大方面提出了上述导电聚酯复合材料在电子产品中的应用。
以及通过实施例及相关的检测数据对本发明的导电聚酯复合材料及其制备方法和应用作进一步的说明。
实施例1
称取84重量份的聚碳酸酯、5重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、5重量份的增韧剂、8重量份的Mxene、0.1重量份酯交换抑制剂、0.1重量份抗氧剂、0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
实施例2
称取79重量份份的聚碳酸酯、10重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、5重量份的增韧剂、8重量份的Mxene、0.1重量份酯交换抑制剂、0.1重量份抗氧剂、0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
实施例3
称取74重量份份的聚碳酸酯、15重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、5重量份的增韧剂、8重量份的Mxene、0.1重量份酯交换抑制剂、0.1重量份抗氧剂、0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
实施例4
称取77重量份的聚碳酸酯、10重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、8重量份的增韧剂、10重量份的Mxene、0.1重量份酯交换抑制剂、0.1重量份抗氧剂、0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
实施例5
称取85重量份的聚碳酸酯、10重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、5重量份的增韧剂、1重量份的Mxene、0.1重量份酯交换抑制剂、0.1重量份抗氧剂、0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
实施例6
称取65重量份的聚碳酸酯、5重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、5重量份的增韧剂、1重量份的Mxene、0.1重量份酯交换抑制剂、0.1重量份抗氧剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
实施例7
称取85重量份的聚碳酸酯、15重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、10重量份的增韧剂、10重量份的Mxene、0.5重量份酯交换抑制剂、0.5重量份抗氧剂、0.5重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
实施例8
称取85重量份的聚碳酸酯、5重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、5重量份的增韧剂、1重量份的Mxene、0.1重量份酯交换抑制剂、0.1重量份抗氧剂、0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
实施例9
称取65重量份的聚碳酸酯、15重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、10重量份的增韧剂、10重量份的Mxene、0.5重量份酯交换抑制剂、0.5重量份抗氧剂、0.5重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
实施例10
称取75重量份的聚碳酸酯、10重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、1.5重量份的增韧剂、5.5重量份的Mxene、0.3重量份酯交换抑制剂、0.3重量份抗氧剂、0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
对比例1
称取84重量份的聚碳酸酯、5重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、5重量份的增韧剂、8重量份的炭黑、0.1重量份酯交换抑制剂，0.1重量份抗氧剂，0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
对比例2
称取84重量份的聚碳酸酯、5重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、5重量份的增韧剂、25重量份的炭黑、0.1重量份酯交换抑制剂，0.1重量份抗氧剂，0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
对比例3
称取84重量份的聚碳酸酯、5重量份的聚萘二甲酸乙二醇酯、5重量份的增韧剂、0.1重量份酯交换抑制剂，0.1重量份抗氧剂，0.3重量份的润滑剂，投入混合机中混合均匀后，在双螺杆挤出机中270～330℃的温度下挤出造粒，得到导电聚酯复合材料母粒。
将本发明实施例以及对比例制备的导电聚酯复合材料母粒，通过注塑工艺制备成试样，然后采用下述方法对其进行拉伸性能、耐热性能以及导电性能测试。
1、拉伸性能按照ASTM D638-10塑料拉伸性能的标准试验方法进行测试，测试条件为：
试样尺寸160*12.7*3.2mm，拉伸速度为l0 mm/min。
2、弯曲强度按照ASTM D790-17非增强和增强塑料和电绝缘材料的弯曲性能的标准试验方法进行测试，测试条件为：
试样尺寸64*12.7*3.2mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为51.2mm。
3、悬臂梁缺口冲击强度按照ASTM D256-10测定塑料抗摆冲击性能的标准试验方法进行测试，测试条件为：
试样尺寸64*10.2*3.2mm。
4、塑料热变形温度按照
ASTM D648-18边缘位置弯曲载荷下塑料挠曲温度的标准试验方法进行测试，测试条件为：
试样尺寸127*13*3.2mm。
5、导电性按照ASTM D257-14绝缘材料直流电阻或电导的标准试验方法进行测试。
表1实施例1至5制备的导电聚酯复合材料的性能测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
拉伸强度(MPa) 57 63 68 60 64
弯曲强度(MPa) 105 125 128 129 122
弯曲模量(MPa) 2686 2850 3050 2800 2851
缺口冲击强度(J/m) 362 422 636 512 380
热变形温度(℃)1.82M Pa 161 172 185 172 178
表面电阻(欧姆/平方) 105 105 105 103 106
表2实施例6至10制备的导电聚酯复合材料的性能测试结果
Figure BDA0002659559810000091
Figure BDA0002659559810000101
表3对比例1至3制备的导电聚酯复合材料的性能测试结果
测试项目 对比例1 对比例2 对比例3
拉伸强度(MPa) 55 59 58
弯曲强度(MPa) 103 113 115
弯曲模量(MPa) 2643 2675 2912
缺口冲击强度(J/m) 365 411 584
热变形温度(℃)1.82M Pa 158 151 155
表面电阻(欧姆/平方) 105 105 >1012
从表1至表3的测量结果可以看出，本发明的耐高温导电聚酯复合材料的各项性能指标明显高于对比例，具有优秀的机械性能，耐高温性能以及导电性能，能够更好的满足电子产品对到顶聚酯材料的性能要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种导电聚酯复合材料，其特征在于，所述导电聚酯材料包括以下重量份数的组分：
聚碳酸酯 65～85份；
聚萘酸酯 5～15份；
增韧剂 5～10份；
Mxene 1～10份；
酯交换抑制剂 0.1～0.5份；
抗氧化剂 0.1～0.5份；
润滑剂 0～0.5份。
2.根据权利要求1所述的导电聚酯复合材料，其特征在于，所述聚萘酸酯选自聚2,6-二甲基萘二甲酸乙二醇酯、聚2,6-二甲基萘二甲酸丙二醇酯以及聚2,6-二甲基萘二甲酸丁二醇酯中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述的导电聚酯复合材料，其特征在于，所述增韧剂选自乙烯-甲基丙烯酸丁酯-丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物以及乙烯-丙烯酸甲酯二元共聚物中任意一种或几种。
4.根据权利要求1所述的导电聚酯复合材料，其特征在于，所述酯交换抑制剂为亚磷酸三甲苯酯。
5.根据权利要求1所述的导电聚酯复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为巴斯夫抗氧剂1010。
6.根据权利要求1所述的导电聚酯复合材料，其特征在于，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的导电聚酯复合材料，其特征在于，所述MXene的化学通式为Mn+1XnTx，其中，n = 1~3, M为前过渡金属元素，X为C、N元素中的任意一种或两种的组合，Tx为表面官能团。
8.根据权利要求7所述的导电聚酯复合材料，其特征在于，M为Sc、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、Mn元素中的任意一种或两种以上的组合；所述表面官能团包括-OH、-F、-O、-S、-Cl中的任意一种或几种。
9.一种如权利要求1至8任意一项所述的导电聚酯复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将聚碳酸酯、聚萘酸酯、增韧剂、Mxene 、酯交换抑制剂、抗氧化剂、润滑剂按组分比混合均匀，于270℃～330℃温度下熔融挤出、造粒，制得所述导电聚酯复合材料。
10.一种如权利要求1至8任意一项所述的导电聚酯复合材料在电子产品中的应用。
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