碳纳米管改性热塑性树脂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管改性热塑性树脂及其制备方法。所述的制备方法可以包括：将碳纳米管、功能化助剂、分散剂、溶剂等混合球磨处理，得到预处理改性碳纳米管；采用高速分散工艺将预处理改性碳纳米管与热塑性树脂粉料充分搅拌混合，获得稳定分散的碳纳米管/树脂混合物；将碳纳米管/树脂混合物干燥后，加入塑料改性助剂，经双螺杆机熔融挤出冷却造粒，从而获得目标产物。本发明专利技术采用碳纳米管的功能化与预分散一步处理工艺，能极大简化工艺流程；同时以热塑性树脂粉体为原料，能获得与预处理碳纳米管粉体的有效混合分散，进而实现碳纳米管高体积填充。本发明专利技术具有工艺简单、绿色环保及低成本等显著优势，是一种高效的碳纳米管功能母料制备技术。

Carbon nanotube modified thermoplastic resin and preparation method thereof

The invention discloses a carbon nanotube modified thermoplastic resin and a preparation method thereof. The preparation method can include: carbon nanotubes, functional agent, dispersing agent, mixed solvent by ball milling, pretreatment of modified carbon nanotubes; high speed dispersion process of pretreatment of modified carbon nanotubes and thermoplastic resin powder stirring, obtain stable dispersion of carbon nanotubes / resin mixture; carbon nanotubes / resin mixture after drying, adding plastic modified additives, by double screw extruder melt extrusion cooling granulation, so as to obtain the target product. The invention adopts the functional and pre dispersion of carbon nanotubes in one step process, can greatly simplify the process; at the same time using thermoplastic resin powder as raw material, can obtain effective mixing and pretreatment of carbon nanotube powder, thus achieving high volume filling carbon nanotubes. The invention has the advantages of simple process, environmental protection, low cost and the like, and is an effective preparation technology of the carbon nano tube functional master batch.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术特别涉及一种碳纳米管改性热塑性树脂及其制备方法，属于纳米复合材料领域。
技术介绍
碳纳米管具有优异的电学，力学和热学等性能，是制备复合材料的理想填料。但是由于碳纳米管粉体通常由缠结严重的碳纳米管“颗粒”构成，碳纳米管之间存在较强的范德华力，加之其巨大的长径比和比表面积，使碳纳米管难以在聚合物基体中实现有效分散，从而限制其性能的发挥。目前工业上碳纳米管改性热塑性复合材料的制备方法主要是熔融共混法，这种方法是通过双螺杆机螺杆的剪切作用，将碳纳米管与基体树脂经过熔融共混后挤出冷却造粒。由于碳纳米管表面C-C共价键的化学惰性，与绝大多数树脂基体亲和性不佳，加之其巨大的表面积和的长径比，容易形成团聚，通过直接熔融挤出工艺难以获得均匀分散。因此，如何制备均匀分散的碳纳米管复合材料是限制其产业化应用的一个主要障碍。目前，解决碳纳米管分散问题主要有共价功能化和非共价功能化两种方法。共价功能化主要是采用强氧化性酸处理碳纳米管，其虽然能得到分散性能很好的碳纳米管，但是强酸不仅破坏碳纳米管的结构，影响其性能，而且对环境会造成严重污染。非共价功能化主要是采用表面活性剂或亲水性高分子等修饰碳纳米管，该方法虽然可以最大程度的保持碳纳米管的完整性，但却会引入难以完全去除的表面活性剂或亲水性高分子，不仅会影响碳纳米管与基体材料之间的界面结合，而且会影响碳纳米管热塑性复合材料的性能。例如，CN103183934A通过对碳纳米管的功能化处理，与聚对苯二甲酸乙二醇酯进行熔融共混制备碳纳米管复合材料。又例如，CN103426498A通过使用N-甲基吡咯烷酮作为溶剂制备碳纳米管导电浆料，但是在碳纳米管功能化处理时使用大量强氧化酸，或者使用毒性的有机溶剂，其不仅对设备要求高，无法实现产业化生产，而且会造成环境污染。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的主要目的在于提供一种碳纳米管改性热塑性树脂及其制备方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：在一些实施例中提供了一种碳纳米管改性热塑性树脂，其主要由改性碳纳米管、热塑性树脂和可选择性添加或不添加的塑料改性助剂均匀混合并熔融挤出而形成；其中所述改性碳纳米管主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂和可选择性添加或不添加的溶剂混合球磨形成。在一些实施例中提供了一种碳纳米管改性热塑性树脂的制备方法，其包括：对主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂、可选择性添加或不添加的溶剂组成的混合物料进行球磨处理，得到预处理改性碳纳米管；将预处理改性碳纳米管与热塑性树脂粉料充分混合，获得稳定分散的碳纳米管/树脂混合物；将所述碳纳米管/树脂混合物干燥后，与可选择性添加或不添加的塑料改性助剂混合后，经熔融挤出而获得所述碳纳米管改性热塑性复合材料。在一些较佳实施例中，所述的制备方法可以包括如下步骤：(1)对主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂、溶剂组成的混合物料进行球磨处理，得到预处理改性碳纳米管；(2)采用高速分散工艺将预处理改性碳纳米管与热塑性树脂粉料充分搅拌混合，获得稳定分散的碳纳米管/树脂混合物；(3)将所述碳纳米管/树脂混合物干燥后，加入塑料改性助剂，经双螺杆机熔融挤出冷却造粒，从而获得所述碳纳米管改性热塑性复合材料。较之于现有技术，本专利技术至少具有如下有益效果：(1)提供的碳纳米管改性热塑性树脂制备工艺中，系将功能化与预分散处理一步实现，即在预分散过程中同时实现功能化，极大简化了工艺流程；(2)提供的碳纳米管改性热塑性树脂制备工艺中，以粉体热塑性树脂为原料，能获得与预处理改性碳纳米管粉体的有效混合分散，粉体热塑性树脂与碳纳米管粉体有效接触面积大，进而能够实现碳纳米管高体积填充；(3)提供的碳纳米管改性热塑性树脂制备工艺中，于碳纳米管功能化处理过程中使用的功能化助剂和溶剂均可除去，并可回收及循环利用，绿色环保，不会引入杂质，使碳纳米管的纯度得到了保证，从而保证了碳纳米管改性后的热塑性复合材料的优异性能。附图说明图1是本专利技术一典型实施例中一种碳纳米管改性热塑性树脂的制备工艺流程图；图2是本专利技术实施例1中预分散改性碳纳米管的扫描电子显微镜照片；图3-5是本专利技术实施例1中所获碳纳米管热塑性复合材料的扫描电子显微镜照片。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是通过加入功能化助剂、分散剂和溶剂等球磨碳纳米管而一步实现碳纳米管的分散和快速功能化，再以热塑性树脂粉体为原料与预处理碳纳米管粉体有效混合分散，不仅可极大简化工艺流程，并有效克服传统工艺中直接使用强酸强碱处理碳纳米管而带来的环境污染以及难以大规模工业化量产等问题，同时还可实现碳纳米管的高体积填充。更为具体的讲，本专利技术的一个方面提供了一种碳纳米管改性热塑性树脂，其主要由改性碳纳米管、热塑性树脂和可选择性添加或不添加的塑料改性助剂均匀混合并熔融挤出而形成；其中所述改性碳纳米管主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂和可选择性添加或不添加的溶剂混合球磨形成。本专利技术的一个方面提供了一种制备所述碳纳米管改性热塑性树脂的方法，其包括：对主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂、可选择性添加或不添加的溶剂组成的混合物料进行球磨处理，得到预处理改性碳纳米管；将预处理改性碳纳米管与热塑性树脂粉料充分混合，获得稳定分散的碳纳米管/树脂混合物；将所述碳纳米管/树脂混合物干燥后，与可选择性添加或不添加的塑料改性助剂混合后，经熔融挤出而获得所述碳纳米管改性热塑性复合材料。在一些较佳实施例中，请参阅图1所示，所述的制备方法可以包括如下步骤：(1)对主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂、溶剂组成的混合物料进行球磨处理，得到预处理改性碳纳米管；(2)采用高速分散工艺将预处理改性碳纳米管与热塑性树脂粉料充分搅拌混合，获得稳定分散的碳纳米管/树脂混合物；(3)将所述碳纳米管/树脂混合物干燥后，加入塑料改性助剂，经双螺杆机熔融挤出冷却造粒，从而获得所述碳纳米管改性热塑性复合材料。较为优选的，所述混合物料包含按照重量百分比计算的如下组分：碳纳米管1.0％～20％，功能化助剂20％～30％，分散剂0.01％～1％，溶剂50％～60％。其中，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。优选的，所述碳纳米管的管径为0.4～30nm，长度为0.1～50um，纯度≥95％。其中，所述功能化助剂包括过氧化氢、碳酸氢铵、碳酸氢钠、氨水、有机胺、甲酰胺、乙酰胺、二乙醇胺、三乙醇胺和苯胺、有机酸中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。优选的，所述有机胺包括一乙胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺、油胺中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。优选的，所述有机酸包括甲酸、草酸、乙酸、琥珀酸、马来酸酐、乙二酸、丙二酸、油酸中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。其中，所述分散剂包括聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、液体石蜡、硬脂酸单甘油酯、三硬脂酸甘油酯、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基三甲基溴化铵、二棕榈酰磷脂酰胆碱中的任意一种或两种以上按任意比例的组合，且不限于此。其中，所述溶剂包括乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、丁醇、丙酮、丁酮、环己烷、庚烷、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种或两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管改性热塑性树脂，其特征在于它主要由改性碳纳米管、热塑性树脂和可选择性添加或不添加的塑料改性助剂均匀混合并熔融挤出而形成；其中所述改性碳纳米管主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂和可选择性添加或不添加的溶剂混合球磨形成。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管改性热塑性树脂，其特征在于它主要由改性碳纳米管、热塑性树脂和可选择性添加或不添加的塑料改性助剂均匀混合并熔融挤出而形成；其中所述改性碳纳米管主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂和可选择性添加或不添加的溶剂混合球磨形成。2.一种碳纳米管改性热塑性树脂的制备方法，其特征在于包括：对主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂、可选择性添加或不添加的溶剂组成的混合物料进行球磨处理，得到预处理改性碳纳米管；将预处理改性碳纳米管与热塑性树脂粉料充分混合，获得稳定分散的碳纳米管/树脂混合物；将所述碳纳米管/树脂混合物干燥后，与可选择性添加或不添加的塑料改性助剂混合后，经熔融挤出而获得所述碳纳米管改性热塑性复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)对主要由碳纳米管、功能化助剂、分散剂、溶剂组成的混合物料进行球磨处理，得到预处理改性碳纳米管；(2)采用高速分散工艺将预处理改性碳纳米管与热塑性树脂粉料充分搅拌混合，获得稳定分散的碳纳米管/树脂混合物；(3)将所述碳纳米管/树脂混合物干燥后，加入塑料改性助剂，经双螺杆机熔融挤出冷却造粒，从而获得所述碳纳米管改性热塑性复合材料。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于所述混合物料包含按照重量百分比计算的如下组分：碳纳米管1.0％～20％，功能化助剂20％～30％，分散剂0.01％～1％，溶剂50％～60％。5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管；优选的，所述碳纳米管的管径为0.4～30nm，长度为0.1～50um，纯度≥95％；和/或，所述功能化助剂包括过氧化氢、碳酸氢铵、碳酸氢钠、氨水、有机胺、甲酰胺、乙酰胺、二乙醇胺、三乙醇胺和苯胺、有机酸中的任意一种或两种以上的组合；优选的，所述有机胺包括一乙胺、二乙胺、三乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈名海，程志杰，金赫华，李清文，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32