本发明专利技术是一种石墨烯色母粒，包括载体树脂、导电碳黑、奈米石墨烯片及润滑分散剂，其中奈米石墨烯片具有表面改质层，由包含偶合剂的表面改质剂形成，并由表面改质层的亲水性及亲油性官能基使奈米石墨烯片与导电碳黑及载体树脂之间产生化学键结。由于表面改质层可使奈米石墨烯片均匀分散于载体树脂中，因此，本发明专利技术的石墨烯色母粒很适合与塑料高分子进行共同混炼射出以形成复合材料基材，使得石墨烯片可有效均匀分散于复合材料基材中，进而强化界面结合强度，提升整体复合材料基材的机械特性、抗氧化、耐酸碱、导电性及导热性等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是有关于一种石墨烯色母粒，尤其是利用具有表面改质层的奈米石墨烯片以改善与导电碳黑、塑料高分子之间的兼容性，进而能均匀混合并提高界面结合强度。
技术介绍
如众所周知，石墨烯(graphene)是以sp2混成轨域组成六角形蜂巢排列的二维晶体，厚度0.335nm,仅一个碳原子直径，是目前世上最薄也是最坚硬的材料，尤其拥有杰出的导电与导热性质，其中机械强度可远高于钢铁百倍，而比重却仅约钢铁的四分之一，因此，石墨烯是提升复合材料特性的极佳选择之一。然而，石墨烯本质上非常容易聚集堆栈，因此，为得到高均匀性且层少数的石墨烯粉体，且能避免石墨烯薄片彼此不均匀地堆栈的现象，一直以来都是石墨烯在实际应用上最主要的技术困难点。高分子材料具有广泛应用性，但随着科技快速发展，对材料性质的要求亦日趋严格。传统的单一高分子材料已无法满足工业与科技业对材料同时在机械性、化学稳定性、耐候性与导热、导电性的需求。以工程塑料的尼龙为例，虽然本身具有优异的机械强度、耐磨耗与耐热性等，但是吸湿性大、耐酸性差，尤其是容易氧化。因此，其应用领域相当受限。现有技术中，为改善高分子的性能，可结合塑料高分子与奈米材料以形成奈米复合材料，进而减轻重量，改善加工性，提高机械强度，比如耐冲击力，目前已广泛的应用于汽车、航天、信息、医药等工业，或甚至产生新性能，藉以拓展材料应用领域，满足未来科技发展对材料性能的需求。在中国专利CN103073930A中，揭露一种烷基化功能石墨烯与尼龙66的复合材料，主要是将烷基化石墨烯与尼龙66盐的水溶液，藉超音波震荡混合后，以原位聚合法制得烷基化功能石墨烯与PA66母粒，其中所获得的母粒可与PA66树脂进行熔融共混射出而获得包含功能石墨烯的奈米复合材料。虽然此制程所得奈米复合材料较原PA66具有更优异的机械性质与热分解温度，但是需在塑料高分子进行聚合作用时，便加入功能石墨烯，因此在制程应用上缺乏弹性，不利于产业利用性。如美国专利W02012151433A2所揭示的一种多层石墨烯与聚对苯二甲酸乙二脂(PET)的奈米复合材料,其制作方式是依如下步骤而进行:首先,将剥离法(exfoliat1n)获得的多层石墨烯与PET载体树脂进行混合而制得母粒(masterbatch);利用注塑成型或吹塑成型法，将此母粒与PET树脂制作成PET与石墨烯奈米复合材料，可改善PET的机械强度。不过其缺点是，剥离法获得的多层石墨烯，其表层具有较少的官能基，因而无法与树脂形成有效的接合界面，而即使是先行制作为母粒型态，也依然无法有效提升石墨烯粉体在母体材料的分散性与界面特性。此外，标题为“CARBON NANOTUBE MASTERBATCH, PREPARAT1N THEREOF, AND USEIN FORMING ELECTRICALLY C10NDUCTIVE THERMOPLASTIC COMPOSIT1N” 的美国专利US20120241686A1提供将奈米碳管与蜡混合以形成母粒，并进一步藉熔融方式而与聚合物进行共混处理而制作导电热塑性聚合物的方法。主要是利用具有奈米碳管的母粒以改善导电热塑性聚合物的熔体流动性质，使熔体的导电热塑性聚合物更容易加工成型。但是其缺点在于，奈米碳管的表面未经修饰，因此与蜡进行混合时较不易分散均匀，导致无法完全展现奈米碳管的特性。关于另一美国专利US20130214211A1，主要是将导电碳材加入热塑性或热固性材料中而制作出具有导电性的母粒，因此母粒在进行后续加工制程时可消除静电，具有抗静电的效果，进而能降低制程的危险性。此专利的导电碳材使用碳黑、碳纤维、石墨烯和奈米碳管。但是在缺少润滑剂与表面改质的条件下，不论是直接加入热塑性或热固性材料当中，或是先行制作母粒，其导电碳材的均匀程度仍旧不佳，使得抗静电的功效相当有限。因此，非常需要一种创新的石墨烯色母粒，利用石墨烯上改质表面的官能基以提高与树脂的官能基的兼容性，进而提高两者界面结合的强度，有效提升复合材料的机械特性，藉以解决上述现有技术的问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种石墨烯色母粒，主要包括载体树脂、导电碳黑、奈米石墨烯片以及润滑分散剂，且分别占整体重量的l-20wt %,20-40wt %、20-50wt%及l-15wt%，可与塑料高分子进行共同混炼射出以形成塑料高分子母体，亦即复合材料基材。具体而言，载体树脂为色母粒基体，可包含聚烯烃、聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的至少其中之一，而导电碳黑具有导电性。此外，润滑分散剂的作用为促使奈米石墨烯片均匀分散而不凝聚，可包含聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺、聚酰胺蜡、白矿油、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、醋酸乙烯酯蜡、石蜡、聚己二酸乙二醇酯、硬脂酸钙、硬脂酸锌以及聚乙烯丙烯酸甲酯的至少其中之一。尤其是，奈米石墨烯片具有表面改质层，主要是由包含偶合剂的表面改质剂藉披覆而形成于奈米石墨烯片的表面，更加具体而言，偶合剂包含亲水性及亲油性官能基，使得奈米石墨烯片能与导电碳黑及载体树脂产生化学键结而结合。由于奈米石墨烯片上的表面改质层可使奈米石墨烯片均匀分散于载体树脂中，因而当本专利技术的石墨烯色母粒与塑料高分子进行共同混炼射出以形成复合材料基材时，石墨烯片可有效均匀分散于复合材料基材中，提高界面结合强度，进而提升整体复合材料基材的机械特性、抗氧化、耐酸碱、导电性及导热性等。【具体实施方式】以下配合结构式及组件符号对本专利技术的实施方式做更详细的说明，以使熟悉本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。本专利技术的石墨烯色母粒主要是包括载体树脂、导电碳黑、多个奈米石墨烯片以及润滑分散剂，且分别占整体重量的l_20wt %、20-40wt %、20-50wt %及l_15wt %，可用以结合塑料高分子而进行共同混炼射出处理，藉以形成塑料高分子母体，亦即复合材料基材。载体树脂本身是当作色母粒基体，一般可包含聚烯烃(Polyolefin)、聚酯(Polyester)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)以及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的至少其中之一，尤其是，聚烯烃可选自低密度聚乙烯(LDPE)。此外，导电碳黑具有导电性，且其平均粒径小于lum，并具有大于60m2/g的比表面积。在此，导电碳黑的目的主要在于可提高复合材料基材中含碳添加剂的含量，使得复合材料基材成形时可进一步提升整体特性。理由是，石墨烯片为具有高比表面积的奈米材料，亦即石墨烯片的体积庞大，相对而言，其堆积密度非常低，在此情形下制作色母粒时，石墨烯片的可添加浓度相当有限，而导电碳黑可改善此一问题。导电碳黑的另一目的在于石墨烯片本身为二维平面结构，而导电碳黑是三维颗粒状结构，因此可透过不同形貌的添加剂组合，而更容易在塑料母体内形成有效网络，可在最低的添加量下达成更高特性的功效。具体而言，润滑分散剂的主要作用为促使奈米石墨烯片均匀分散而不凝聚，可包含聚乙烯蜡、硬脂酸酰胺、聚酰胺蜡、白矿油、聚丙烯蜡、聚乙烯蜡、醋酸乙烯酯蜡、石蜡、聚己二酸乙二醇酯、硬脂酸钙、硬脂酸锌以及聚乙烯丙烯酸甲酯的至少其中之一。当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种石墨烯色母粒，其特征在于，包括：一载体树脂，占整体重量比为1‑20wt％；一导电碳黑，占整体重量比为20‑40wt％；多个奈米石墨烯片，占整体重量比为20‑50wt％；以及一润滑分散剂，占整体重量比为1‑15wt％，其中，每个所述奈米石墨烯片具有一表面改质层，是批覆一表面改质剂而形成，且该表面改质剂包含一偶合剂，该偶合剂的化学结构为Mx(R)y(R’)z，M是一金属元素，R是一亲水性官能基，R’是一亲油性官能基，0≤x≤6，1≤y≤20，且1≤z≤20，且该奈米石墨烯片的氧含量为3‑20wt％，该亲水性官能基及该亲油性官能基用以使所述奈米石墨烯片与该导电碳黑及该载体树脂之间产生化学键结。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴以舜，谢承佑，陈静茹，谢淑玲，
申请(专利权)人：安炬科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。