用于碳纳米管的加工和性能辅助制造技术

技术编号:12048878 阅读:150 留言:0更新日期:2015-09-13 15:09
在一种树脂基质(如环对苯二甲酸丁二醇酯)中包含碳纳米管的一种聚合体组合物,其中该树脂基质被混入一种聚合物基质。该碳纳米管树脂基质与具有多种最终用途的众多的聚合物基质是可相容的。该树脂基质提供了与多种聚合物系统的良好的相容性,例如聚酰胺类、聚酯类、丙烯酸酯类,并且容易使用,在熔融时显示出低熔点和低粘度,并且提供了具有良好特性的一种聚合物基质,包括一个更高的导电性和/或增加的机械特性。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】用于碳纳米管的加工和性能辅助 本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/US2008/055212,国际申请日为2008年2月 28日,进入中国国家阶段的申请号为200880006693. 8,名称为"用于碳纳米管的加工和性 能辅助"的专利技术专利申请的分案申请。 专利
本专利技术涉及一种用于碳纳米管的加工和性能辅助,这在制备各种含有碳纳米管的 聚合物基质的过程中增强了对于碳纳米管的处理和加工,含有碳纳米管的聚合物基质显示 出改善的性能,包括但是并不局限于导电性能和机械特性。 专利技术背景 对于碳纳米管(多壁、双壁、单壁)有一个重要的、全世界范围的兴趣。纳米管已 知是由一个单层(在这种情况下它们被称作单壁纳米管(SWNTs))组成,或由若干同心层制 成(此时它们被称作多壁纳米管(MWNTs))。碳纳米管可以从一种石油基来源或一种生物基 来源生成。 然而,对于减轻处理和加工作用有一些关注。着手解决此问题的一种方法是提供 封装进一种树脂基质中的碳纳米管。因为此类碳纳米管不是游离的而是被封装的,所以处 理过程得到了改善。并且因为碳纳米管已经被分散至不同的程度,在所得的聚合体组合物 中的后续的分散应该是更有效的。 此外,对于导电塑料和机械特性得到改性的塑料的需求和应用已有增长。在这些 用途中,人们寻求开发塑料(经常是作为金属的替代物)的独特性质。例如,导电性聚合物 材料对于许多应用都是所希望的,这些应用包括:用于将电荷从电气部件上消散的涂层、以 及用来阻止电磁波干扰的电气元件屏蔽物。在聚合物材料中增加的导电性使得可能通过静 电喷涂来涂覆。用来增加塑料导电性能的主要方法向来是在其中填充导电添加剂,例如金 属粉末、金属纤维、本质上导电的聚合物粉末(例如聚吡咯或碳黑)。最常见的方法涉及到 碳黑。然而,这些方法各有一些缺点。金属纤维和粉末增强的塑料具有减少了的机械强度。 而且,成本很高并且它们的密度使得必需有高的重量负载。本质型导电聚合物具有高的成 本并且在空气中经常是不稳定的。因此,它们的使用往往是不切实际的。已经认识到,以小 于碳黑的量向聚合物中添加碳纳米管可以用来生产导电末端产物和/或用来改变产物的 机械特性。 碳纳米管的封装是已知的。多壁碳纳米管(MWCNT'S)在市场上是作为在一种树脂 基质中的纳米管化合物来销售的。该树脂基质是取决于用户的需要而形成的。例如,如果 用户对于向聚酰胺-6中混入MWCNT感兴趣,则制备碳纳米管在聚酰胺-6中的一种树脂基 质。在这类基质中MWCNT的浓度典型的是在从大约2%至大约20%的范围内。这些基质被 称作母料。这种方法对于每种最终用途要求有一种不同的母料。这种方法是高成本并且低 效率的。
技术实现思路
本专利技术是针对被封装进树脂基质中的碳纳米管以及结合了被封装进树脂基质中 的碳纳米管的聚合体组合物。该树脂基质包含多条链,这些链含有芳香基团、氧和/或氮原 子,具有低的熔融温度以及低的分子量,这样使熔体粘度是低的。一种优选的树脂基质是环 对苯二甲酸丁二醇酯。该碳纳米管树脂基质是与具有多种最终用途的众多聚合物组合物可 相容的。本专利技术的树脂基质使得处理更容易,提供了与多种热塑性和热固性聚合物系统的 良好的相容性,例如聚酰胺类、聚酯类、聚碳酸酯类、丙烯酸酯类、氯聚合物类、氟聚合物类、 环氧树脂等等,并且是容易使用的,在熔融下显示出低熔点和低粘度并且成本很低。将该树 脂基质掺入该聚合体组合物中还提供了更高的导电性和/或改进的机械特性。如今已经发 现,包含一种环对苯二甲酸丁二醇酯树脂基质和碳纳米管的多种聚合体复合材料显示出比 缺少环对苯二甲酸丁二醇酯的类似复合材料更高的导电性。同样已经发现,多种聚合体复 合材料的机械特性可以通过向其中掺入封装了碳纳米管(例如环对苯二甲酸丁二醇酯)的 一种树脂基质和碳纳米管而加以改进。因此,本专利技术提供了封装了碳纳米管的一种单一的 树脂基质,它可以在多种聚合体组合物中应用以改变机械特性和/或导电性。 附图简要说明 图1是一个表面电导率的曲线图,它是作为在环对苯二甲酸丁二醇酯之中一种碳 纳米管/环对苯二甲酸丁二醇酯复合材料中的碳纳米管浓度的函数。 图2是一个本体电导率的曲线图,它是作为在一种碳纳米管/环对苯二甲酸丁二 醇酯/PA-Il复合材料中的碳纳米管浓度的函数。 图3是本体和表面电导率的一个曲线图,它是作为在一种碳纳米管/环对苯二甲 酸丁二醇酯/PA-Il复合材料中的碳纳米管浓度的函数。 图4是机械特性的一个曲线图,它是作为在一种碳纳米管/环对苯二甲酸丁二醇 酯/PA-Il复合材料中的碳纳米管浓度的函数。 图5是本体电导率作为在一种碳纳米管/环对苯二甲酸丁二醇酯/聚碳酸酯基质 中的碳纳米管浓度的函数、以及电导率作为在一种碳纳米管/聚碳酸酯基质中的碳纳米管 浓度的函数的一个曲线图。 图6是在包含2%的碳纳米管(作为25%的碳纳米管/环对苯二甲酸丁二醇酯树 脂基质的方式引入或作为普通纳米管的形式引入)的几种聚合体组合物中本体电导率的 一个曲线图。 图7是在制备碳纳米管/环对苯二甲酸丁二醇酯树脂基质中的工艺条件对所得聚 合物基质(其中引入了所述树脂基质)的电导率的影响的一个曲线图。 图8是碳纳米管/环对苯二甲酸丁二醇酯树脂基质对环氧聚合物基质的机械特性 的影响的一个曲线图。 图9a是在图8中列为"复合材料"的环氧化物基质的透射光学照片。 图9b是在图8中列为"普通CNT"的环氧化物基质的透射光学照片。
技术实现思路
本专利技术的诸位专利技术人发现,将碳纳米管掺入一种树脂基质中简化了在聚合物基质 中的熔融加工和/或添加进聚合物基质,并且提供了具有更高的导电性和/或改善的机械 特性的一种聚合物基质。总体来说,该树脂基质包含多条链,这些链含有芳香族基团、氧和/ 或氮原子,具有低的熔融温度(小于大约200°C )以及使熔体粘度较低(小于大约5000厘 泊)的分子量。一种优选的树脂基质是环对苯二甲酸丁二醇酯(CBT)。树脂基质中碳纳米 管的浓度优选是在按重量计大约〇. 1 %至50%之间,更优选是在按重量计大约5%至33% 之间并且最优选是按重量计大约25%。除非另有指明,在此的所有百分比均为按重量计的 百分比并且所有的温度均为摄氏温度(摄氏度)。 碳纳米管的使用在聚合物工艺中是非常重要的。一个原因是碳纳米管可以在相对 低的浓度下增加聚合物基质的导电性。在许多实例中,小于按重量计5 %,并且经常小于按 重量计2%。这使得该聚合物基质适合很多的应用,例如静电涂覆、静电消散、以及电磁干扰 屏蔽。在这些应用中可以使用金属,但是有传导性的聚合物提供了一个成本更低的、重量更 轻的替代物。碳黑可以在聚合物中提供一种传导效果。然而,使用碳黑时需要更高的浓度, 典型地按重量计10%至20%。这样一个添加剂水平,在提供良好的导电性的同时降低了聚 合物的其特它性,例如机械强度、抗冲击性性、气体/液体渗透性等。碳纳米管提供了良好 的导电性同时还保持了其他所希望的聚合物特性。应用(其中一种聚合物/纳米管组合物 是有利的)的一些例子是:处理汽车部件的传导率的聚合物染料、静电适于涂布的热塑的 汽车本体/内部部件、用来屏蔽当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种聚合体组合物,包含:(a)以所述树脂基质的重量计,包含环对苯二甲酸丁二醇酯树脂和5‑33重量%的碳纳米管的一个混合物的一种树脂基质,以及(b)一种聚合物基质,所述聚合物基质包含选自下组的一种聚合物,该组的构成为:聚酰胺类、聚碳酸酯类、聚氨酯类、聚酯类、聚丙烯酸酯类、聚烯烃类、以及它们的混合物、共混物、共聚物、三聚物,其中所述聚合体组合物是通过将所述树脂基质与所述聚合物基质进行熔体混合而形成的,以此提供显示出增加的导电性能和/或增加的机械特性的一种聚合体组合物,所述聚合体组合物包括0.01‑10重量%的碳纳米管。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员:T·P·麦克安德鲁C·罗吉E·布瑞桑德P·劳伦特
申请(专利权)人:阿科玛股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国;US

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