CN112812453A - 一种碳纳米管塑料导电复合材料及其湿法制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的属于导电复合材料技术领域，具体为一种碳纳米管塑料导电复合材料及其湿法制备工艺，包括碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷，碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有特殊的电学性质，从而使得碳纳米管具有良好的导电性能，同时十二烷基硫酸钠和碳纳米管反应形成π‑π共轭，可以加强碳纳米管塑料导电复合材料的力学性能，采用湿法制备工艺，可以使物料间接触更加充分，复合物分散更加均匀，同时湿法制备工艺可以避免高温，不但节约了大量能源，还避免了高分子材料的特性被高温破坏。

Description

一种碳纳米管塑料导电复合材料及其湿法制备工艺
技术领域
本发明涉及导电复合材料技术领域，具体为一种碳纳米管塑料导电复合材料及其湿法制备工艺。
背景技术
碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm，并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种，其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
现有的导电复合材料导电性能差，在应用时会出现静电现象，静电现象不但会导致感光胶片的性能下降，而且使用导电复合材料的高分子制品在易燃、易爆场合还容易引起灾难性事故，现有导电复合材料在制造时需要高温，高温不但浪费能源，而且当导电复合材料中含有高分子材料时，高温还容易破坏导电复合材料中高分子材料的特性。
实用新型内容
本发明的目的在于提供一种碳纳米管塑料导电复合材料及其湿法制备工艺，以解决上述背景技术中提出的现有的导电复合材料导电性能差的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种碳纳米管塑料导电复合材料，包括碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷，所述碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷的质量之比为8：(15～20)：(22～30)：(50～80)：(4～20)：6：9：14。
优选的，所述导电填料为炭黑粉末和金属粉末中的一种或两种。
优选的，所述炭黑粉末的表面直径为10～100m2/g，所述金属粉末的粉末直径小于40um。
优选的，所述丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液及导电填料的总质量与碳纳米管的质量之比为定值。
一种碳纳米管塑料导电复合材料的湿法制备工艺，该碳纳米管塑料导电复合材料的湿法制备工艺如下：
步骤一：将十二烷基硫酸钠溶于水中制成十二烷基硫酸钠溶液，然后将十二烷基硫酸钠溶液加入恒温搅拌器中；
步骤二：将碳纳米管加入到恒温搅拌器中，并将恒温搅拌器升温至50℃，然后恒温搅拌器开始搅拌，同时将聚丙酰氮杂化丙烷加入恒温搅拌器，搅拌5～10min后停止搅拌并向恒温搅拌器中加入过量的聚乙烯吡咯啉，随后恒温静置12小时，然后再用孔径小于1um的聚碳酸酯膜过滤掉溶液中的不溶物；
步骤三：向步骤二的溶液中加入丙烯酸树脂乳液，同时将溶液升温至70～80℃并搅拌，10～12min后，再向溶液中添加丙烯酸乳液并搅拌，10～12min后，将溶液升温至80～90℃，然后再向溶液中添加聚苯乙烯乳液，随后向溶液中加入导电填料并搅拌；
步骤四：将步骤三所得溶液烘干，然后用造粒机对烘干后所得物进行造粒，所得颗粒即为碳纳米管塑料导电复合材料。
优选的，步骤一中所述十二烷基硫酸钠溶液中十二烷基硫酸钠的质量份数为1％。
优选的，所述恒温搅拌器在搅拌时，搅拌速度为1000～2000r/min。
优选的，所述碳纳米管在使用前先用300～500nm孔径的过滤网过滤，然后对能通过过滤网的碳纳米管进行称重，并将称重后的碳纳米管加入到十二烷基硫酸钠溶液中。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有特殊的电学性质，从而使得碳纳米管具有良好的导电性能，同时十二烷基硫酸钠和碳纳米管反应形成π-π共轭，从而有效改善碳纳米管的分散性，进而加强碳纳米管塑料导电复合材料的力学性能；
2)采用湿法制备工艺，可以使物料间接触更加充分，复合物分散更加均匀，同时湿法制备工艺可以避免高温，不但节约了大量能源，还避免了高分子材料的特性被高温破坏。
附图说明
图1为本发明碳纳米管塑料导电复合材料生产工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种碳纳米管塑料导电复合材料，包括碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷，碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷的质量之比为8：18：24：63：5：6：9：14。
导电填料为炭黑粉末。
炭黑粉末的表面直径为10～100m2/g。
实施例2：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种碳纳米管塑料导电复合材料，包括碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷，碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷的质量之比为8：15：25：55：15：6：9：14。
导电填料为金属粉末。
金属粉末的粉末直径小于40um。
实施例3：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种碳纳米管塑料导电复合材料，包括碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷，碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷的质量之比为8：20：30：50：10：6：9：14。
导电填料包括炭黑粉末和金属粉末。
炭黑粉末的表面直径为10～100m2/g，金属粉末的粉末直径小于40um，炭黑粉末和金属粉末的质量之比为2：1。
一种碳纳米管塑料导电复合材料的湿法制备工艺，该碳纳米管塑料导电复合材料的湿法制备工艺如下：
步骤一：将十二烷基硫酸钠溶于水中制成十二烷基硫酸钠溶液，然后将十二烷基硫酸钠溶液加入恒温搅拌器中；
步骤二：将碳纳米管加入到恒温搅拌器中，并将恒温搅拌器升温至50℃，然后恒温搅拌器开始搅拌，同时将聚丙酰氮杂化丙烷加入恒温搅拌器，搅拌5～10min后停止搅拌并向恒温搅拌器中加入过量的聚乙烯吡咯啉，随后恒温静置12小时，然后再用孔径小于1um的聚碳酸酯膜过滤掉溶液中的不溶物；
步骤三：向步骤二的溶液中加入丙烯酸树脂乳液，同时将溶液升温至70～80℃并搅拌，10～12min后，再向溶液中添加丙烯酸乳液并搅拌，10～12min后，将溶液升温至80～90℃，然后再向溶液中添加聚苯乙烯乳液，随后向溶液中加入导电填料并搅拌；
步骤四：将步骤三所得溶液烘干，然后用造粒机对烘干后所得物进行造粒，所得颗粒即为碳纳米管塑料导电复合材料，碳纳米管塑料导电复合材料得颗粒直径小于25um。
步骤一中十二烷基硫酸钠溶液中十二烷基硫酸钠的质量份数为1％。
恒温搅拌器在搅拌时，搅拌速度为1000～2000r/min。
碳纳米管在使用前先用300～500nm孔径的过滤网过滤，然后对能通过过滤网的碳纳米管进行称重，并将称重后的碳纳米管加入到十二烷基硫酸钠溶液中。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种碳纳米管塑料导电复合材料，包括碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷，其特征在于：所述碳纳米管、丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液、导电填料、十二烷基硫酸钠、聚乙烯吡咯啉和聚丙酰氮杂化丙烷的质量之比为8：(15～20)：(22～30)：(50～80)：(4～20)：6：9：14。
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管塑料导电复合材料，其特征在于：所述导电填料为炭黑粉末和金属粉末中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的一种碳纳米管塑料导电复合材料，其特征在于：所述炭黑粉末的表面直径为10～100m2/g，所述金属粉末的粉末直径小于40um。
4.根据权利要求1所述的一种碳纳米管塑料导电复合材料，其特征在于：所述丙烯酸乳液、丙烯酸树脂乳液、聚苯乙烯乳液及导电填料的总质量与碳纳米管的质量之比为定值。
5.一种如权利要求1-4任意一项所述的碳纳米管塑料导电复合材料的湿法制备工艺，其特征在于：该碳纳米管塑料导电复合材料的湿法制备工艺如下：
步骤一：将十二烷基硫酸钠溶于水中制成十二烷基硫酸钠溶液，然后将十二烷基硫酸钠溶液加入恒温搅拌器中；
步骤二：将碳纳米管加入到恒温搅拌器中，并将恒温搅拌器升温至50℃，然后恒温搅拌器开始搅拌，同时将聚丙酰氮杂化丙烷加入恒温搅拌器，搅拌5～10min后停止搅拌并向恒温搅拌器中加入过量的聚乙烯吡咯啉，随后恒温静置12小时，然后再用孔径小于1um的聚碳酸酯膜过滤掉溶液中的不溶物；
步骤三：向步骤二的溶液中加入丙烯酸树脂乳液，同时将溶液升温至70～80℃并搅拌，10～12min后，再向溶液中添加丙烯酸乳液并搅拌，10～12min后，将溶液升温至80～90℃，然后再向溶液中添加聚苯乙烯乳液，随后向溶液中加入导电填料并搅拌；
步骤四：将步骤三所得溶液烘干，然后用造粒机对烘干后所得物进行造粒，所得颗粒即为碳纳米管塑料导电复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种碳纳米管塑料导电复合材料，其特征在于：步骤一中所述十二烷基硫酸钠溶液中十二烷基硫酸钠的质量份数为1％。
7.根据权利要求5所述的一种碳纳米管塑料导电复合材料的湿法制备工艺，其特征在于：所述恒温搅拌器在搅拌时，搅拌速度为1000～2000r/min。
8.根据权利要求1所述的一种碳纳米管塑料导电复合材料的湿法制备工艺，其特征在于：所述碳纳米管在使用前先用300～500nm孔径的过滤网过滤，然后对能通过过滤网的碳纳米管进行称重，并将称重后的碳纳米管加入到十二烷基硫酸钠溶液中。
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