CN112592538B - 一种塑料助剂预混物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种塑料助剂预混物，主要包括环氧树脂和高分子功能填料，高分子功能填料由聚丙烯和导电填料组成。本发明采用聚丙烯和导电填料作为高分子功能填料，聚丙烯树脂和环氧树脂在异相成核作用下，制备出的塑料助剂预混物的均匀性更好，导电性能和刚性强度等力学性能均有所提升。

Description

一种塑料助剂预混物
技术领域
本发明涉及一种塑料助剂预混物，特别涉及一种环氧树脂塑料助剂预混物。
背景技术
环氧树脂是一种传统的热固性树脂，固化后交联密度高，分子链上含有较多的活性官能团，因而具有优异的粘结性，较高的拉伸强度和杨氏模量，较好的热稳定性和耐化学腐蚀性，良好的热绝缘性，因此被广泛地应用于粘合剂、电子器件(优良的电绝缘体)、层压工业、封装、涂料、航海系统和航空航天等领域。在部分建筑部件和矿用支架应用中，大量的电荷积累有很大的危险性，容易导致重大的事故。
碳纳米管作为一维纳米材料，具有优异的物理机械性能。它具有非常大的长径比，因此在力学、电学、导电导热性能方面都表现非常优异。但是一维的碳纳米管在树脂基体中的分散性不好容易形成团聚影响复合材料的综合性能。碘，作为VIIA中典型的卤素元素，是生命中基本的矿物质营养素之一，具有良好的生物相容性和无毒属性，海洋资源丰富且成本低廉，但单质碘的电导率低，且碘容易溶解于部分有机溶剂，这极大的影响了其作为填料应用于导电配料的用途。
针对以上问题，本发明研究了一种塑料助剂预混物，有效解决了树脂基体中碳纳米管的分散不均问题，通过一维的碳纳米管与多孔碳@碘复合材料形成一个导电通路网络，高分子功能填料的加入使环氧树脂的力学性能也大大提高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种塑料助剂预混物，其包括如下组分：
环氧树脂 15-20重量份；
高分子功能填料 50~100重量份；
相容剂 0.1~5重量份；
固化剂 6~15重量份；
添加剂 0.1~1重量份；
其中，所述环氧树脂为双酚F环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚E环氧树脂中的一种或几种的混合物；
其中，所述高分子功能填料主要由如下组分组成：聚丙烯100重量份和导电填料20~50重量份；所述导电填料为多孔碳@碘复合材料与碳纳米管的混合物；
所述多孔碳@碘复合材料为碘包覆多孔碳。
由于碘比碳材料具有更好的生物相容性，可以提供更多活性位点且容易与碳材料进行复合，碘与碳材料混合后能一定程度上提高碳纳米管在聚丙烯树脂中的分散使其不容易发生团聚，进而使得塑料助剂预混物可以形成一个导电网络，同时，导电填料的加入也可作为聚丙烯树脂的成核剂，协同作用下，使聚丙烯树脂结晶效果更好，制备出的高分子功能填料更小更均一，导电性能更优越。将其加入环氧树脂基体中，异相成核作用下，制备出的环氧树脂塑料的均匀性更好，导电性能和刚性强度等力学性能均有所提升。
由于碘的电子电导率低，且碘在部分有机溶剂中的溶解度过大，使得碘的用途受到限制，为了克服该缺点，将碘与多孔碳材料进行复合，利用多孔碳的表面与碘良好的亲和性以及多孔碳内部空间对碘的容纳效应，使得碘被多孔碳(束缚住)，被束缚的碘一方面减弱了彼此的团聚以及外部水分、有机溶剂的干扰，另一方面，在多孔碳表面分散均匀的碘与碳纳米管的接触状态得到改善，提高了碘与碳纳米管的作用效果。
多孔碳与碘的复合方式是已知的，在不违背本申请发明构思的基础上，任何已知的复合方式均能用于本申请中。
优选地，所述导电填料中，多孔碳@碘与碳纳米管的质量配比为1：3-5。
因此，为了塑料助剂预混物的性能，进一步限定了碘复合材料与碳纳米管的质量配比，如果碘复合材料占比过大，会影响到导电配料的导电性能，如果碘复合材料占比过小，则无法与碳纳米管形成良好的复配效应，有利于提高碳纳米管的分散性。
本发明目的之二在于提供一种第一方面所述的塑料助剂预混物制备得到的环氧树脂塑料的方法，将20-30重量份的第一方面所述的塑料助剂预混物与100-120重量份的环氧树脂混合，得到环氧树脂塑料。
技术效果
(1)本申请的塑料助剂预混物，采用聚丙烯和导电填料作为高分子功能填料，聚丙烯树脂和环氧树脂在异相成核作用下，制备出的塑料助剂预混物的均匀性更好，导电性能和刚性强度等力学性能均有所提升。
(2)本申请综合了碘生物相容性好，且可以提供更多活性位点且与碳材料进行复合，来促进提高碳纳米管在聚丙烯树脂中的分散性，避免了其他偶联剂的使用，进而使得塑料助剂预混物可以形成一个导电网络，碳纳米管作为导电填料的主要组分，其良好的分散使其成为聚丙烯树脂的成核剂，使聚丙烯树脂结晶效果更好，进一步促进聚丙烯树脂和环氧树脂在异相成核作用。
(3)本申请使用多孔碳“束缚”碘，一定程度上解决了碘化学性质活泼、导电率低的问题，并提高了碘和碳纳米管的接触界面提高了碘对碳纳米管的分散性的促进作用，并降低了碘的必要的使用量，且多孔碳材料良好的导电性也弥补了碘导电性不足的问题，提高了塑料助剂预混物的导电性能。
(4)本申请采用多孔碳束缚碘，由于多孔碳本身也是碳材料，因此，与碳纳米管亲和性好，进一步加强了碘和碳纳米管的接触状态。
具体实施方式
为使本发明的目的、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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本实施例提供一种塑料助剂预混物，其包括如下组分：
环氧树脂 15-20重量份；
高分子功能填料 50~100重量份；
相容剂 0.1~5重量份；
固化剂 6~15重量份；
添加剂 0.1~1重量份；
所述添加剂为根据需要添加的功能添加剂，包括但不限于抗氧剂、消泡剂等，相应的抗氧剂和消泡剂的种类没有特别要求，本申请中，消泡剂的使用有助于碘的均匀分散。
优选地，消泡剂为聚醚类消泡剂，进一步优选地，为GP型甘油聚醚、GPE型聚氧乙烯(聚氧丙烯)醚和PPG型聚丙二醇聚醚消泡剂中的一种。
其中，所述环氧树脂为双酚F环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚E环氧树脂中的一种或几种的混合物。
其中，所述高分子功能填料，由如下组分组成：聚丙烯100重量份和导电填料20~50重量份；所述导电填料为多孔碳@碘复合材料与碳纳米管的混合物。
对碳纳米管的形貌和制备方式没有特别限定，任何已知的已经商业化的碳纳米管均能用于本申请中，由于碘对碳纳米管的分散作用，因此，优选地，碳纳米管为不经过偶联剂或其他分散剂处理过的碳纳米管。
作为一种实施方式，碳纳米管直径为2~20 nm，优选地，为4-15nm；进一步地，碳纳米管为锯齿型碳纳米管、扶手椅型碳纳米管和螺旋型碳纳米管中的一种。
多孔碳与碘的复合方式是已知的，在不违背本申请发明构思的基础上，任何已知的复合方式均能用于本申请中。作为一种示例，可以例举，采用半气相沉积法进行多孔碳@碘复合材料的制备，优选地，制备方式为先将碘和多孔碳材料固相混合均匀，置于真空下进行加热，到温度到达预设温度时，碘全部形成碘蒸气。此时，将反应器降温，充满多孔碳孔洞和反应器内部的碘蒸气凝华在多孔碳的表面和内部孔洞中，碘被多孔碳材料“束缚”住，“沉积”完毕后，使用溶剂清洗掉未被多孔碳“束缚”住的碘，制备得到多孔碳@碘复合材料。
对多孔碳材料的选择没有特别要求，在不违背本申请发明构思的基础上，任何已知的多孔碳材料都能用于本申请中，作为示意性的举例，常规的CMK-3、CMK-8是合适的，CMK-3和CMK-8是已知的两类多孔碳材料，两者都具有10nm以下的孔径，使得碘蒸气在凝华过程中，能以极高的分散度分散在聚丙烯树脂和导电木料中。
优选地，用于清洗未被多孔碳“束缚”住的碘的溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇中的一种或两种，优选地，为水和乙醇的混合物。
优选地，制备多孔碳@碘的工艺中，预设温度为150-180℃。
优选地，所述导电填料中，多孔碳@碘与碳纳米管的质量配比为1：3-5。
本申请对塑料助剂预混物的制备方法没有特别限定，任何已知的混合方式均可用于本申请中各组分的混合，优选地，先将多孔碳@碘、碳纳米管和聚丙烯树脂进行预混，以提高三者的协同作用，提高聚丙烯树脂的结晶性能；然后将多孔碳@碘、碳纳米管和聚丙烯树脂的预混混合物与环氧树脂、相容剂、固化剂、添加剂进行混合，以得到塑料助剂预混物。
本申请的塑料助剂预混物，加入部分环氧树脂，以提高环氧树脂和聚丙烯树脂的协同效果。
本申请对相容剂没有特别的要求，在不违背本申请发明构思的基础上，任何已知的相容剂都能用于本申请中，相容剂主要用于改善无机材料与有机环氧树脂基体的界面性能，比如马来酸酐、PP-g-MAH中的一种。
本实施例进一步提供一种环氧树脂塑料的制备方法，将20-30重量份的制备得到的塑料助剂预混物与100-120重量份的环氧树脂进行混合，得到环氧树脂塑料。
本申请对混合方式没有特别要求，任何已知的混合方式均能用于本申请中。
以下，示出实施例，进一步具体地说明本发明。
表1 本申请实施例配料表
Figure 547231DEST_PATH_IMAGE001
性能测试方法：
电阻测量：
电阻测量组件由两片铝箔组成，两片铝箔之间设置有绝缘玻璃片，最外端铝箔分别与电表的正负极探针连接，绝缘玻璃片顶部涂覆有，且导电胶与最外端的两片铝箔连接，打开电表，即可测得各试样的电阻值，通过比较各测试件的电阻值，可获得相应的横向比较结果。
试样制备：在铝箔和绝缘玻璃片的相应位置处放置环氧树脂塑料，并使得环氧树脂塑料与两端铝箔接触，固化，得到电阻测量组件。
力学性能测试：将环氧树脂塑料成型固化后制备成100mm*6mm*3mm的测试条，用万能力学试验机测试拉伸强度和弯曲强度。用简支梁冲击试验机测试试样的冲击强度，试样跨度40mm。
Figure 942440DEST_PATH_IMAGE002
由上述图表可知，添加多孔碳@碘的复合材料与碳纳米管有助于提高塑料助剂预混物的各项力学性能，并降低材料电阻，这说明，多孔碳有助于分散碘，并进一步促进碘与碳纳米管的复合，单独使用碘或者单独使用CMK，效果均不如使用多孔碳@碘复合物，且当多孔碳@碘复合物与碳纳米管的质量配比在1:3-5时，效果最优，另外消泡剂的使用以及在预混料中加入部分环氧树脂也更有助于提高环氧树脂塑料的提高。

Claims (7)

1.一种塑料助剂预混物，其特征在于：以质量份计，主要由如下组分组成：
环氧树脂 15-20重量份；
高分子功能填料 50~100重量份；
相容剂 0.1~5重量份；
固化剂 6~15重量份；
添加剂 0.1~1重量份；
其中，所述环氧树脂为双酚F环氧树脂、双酚A环氧树脂、双酚E环氧树脂中的一种或几种的混合物；
所述高分子功能填料由如下组分组成：聚丙烯100重量份，导电填料20~50重量份；所述导电填料为多孔碳@碘复合材料与碳纳米管的混合物；
所述多孔碳@碘复合材料为碘包覆多孔碳；
采用半气相沉积法进行多孔碳@碘复合材料的制备，包括如下步骤：先将碘和多孔碳材料固相混合均匀，置于真空下进行加热，到温度到达预设温度时，碘全部形成碘蒸气；然后，将反应器降温，反应完毕后，使用溶剂进行清洗；
所述多孔碳@碘复合材料与碳纳米管的质量配比为1:3-5。
2.如权利要求1所述的一种塑料助剂预混物，其特征在于，所述预设温度为150-180℃。
3.如权利要求1所述的一种塑料助剂预混物，其特征在于，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、丙醇中的一种或两种以上的混合物。
4.如权利要求3所述的一种塑料助剂预混物，其特征在于，所述溶剂为水和乙醇的组合物。
5.如权利要求1所述的一种塑料助剂预混物，其特征在于，所述碳纳米管为不经过偶联剂或其他分散剂处理过的碳纳米管。
6.如权利要求1所述的一种塑料助剂预混物，其特征在于，所述相容剂为PP-g-MAH。
7.如权利要求1所述的一种塑料助剂预混物，其特征在于：所述添加剂为抗氧剂和消泡剂。
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