碳纳米管母粒及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纳米管母粒及其制备方法与应用，该碳纳米管母粒包括粒径尺寸为177μm

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管母粒及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及碳纳米管领域，特别涉及一种碳碳制备方法及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]聚烯烃已经成为当今世界上最大份额的合成材料，聚烯烃树脂性能优异，价格低廉，广泛应用于国民经济各个领域。尤其是聚乙烯，随生产技术不断进步，聚乙烯管材料已经可以在低于70℃使用环境中长期使用，其材料成本优势明显，受到油田领域的高度关注。油田生产流程中，绝大部分介质都是通过管道进行输送，管道的性能直接关系到生产安全和油田运行成本。近年来油田由于提高油田采收率的需要，在原油生产过程中开始大量应用聚驱和复合驱等技术。注水系统管道输送介质的状态、物性越来越复杂，同时管道内部结垢现象非常严重，迫切需要一种适合油田高压介质输送的管道品种，解决目前金属管道易腐蚀和结垢的问题，为油田的稳产提供保障支持。
[0003]碳纳米管是迄今为止人类发现的力学性能最好的材料，其有着极高的拉伸强度、杨氏模量和断裂应变，其比强度是高强度钢的270倍，弹性约为钢的5倍，密度只有钢的1/6。此外，碳纳米管还具有高导热导电性，界面光滑特性等性质。作为复合材料的填料，碳纳米管具有很低的导热阈值，在低填充比例下即可大幅度提升基材韧性和耐磨性，因此，在替代传统添加材料上用量更少，更为节约，同时，其对材料的耐热性有明显提升，从而能够使得聚烯烃管材具有更宽的使用温度范围，并提升耐磨性和阻垢特点。
[0004]CN111171430A专利技术专利公开了一种易分散碳纳米管母粒及其制备方法和应用。母粒具体包括白油、乳化剂、抗氧剂、碳纳米管和粉末化聚烯烃。工艺为：将白油、乳化剂、去离子水剪切乳化，制得白油乳液；随后加入碳纳米管，经浸润、剪切分散得碳纳米管润湿分散物；接着加入粉末化聚烯烃后混匀，经浓缩烘干、螺杆熔融挤出造粒，制得碳纳米管母粒。
[0005]CN 107880369 A公开了一种基于碳纳米管及石墨烯复配体系的聚烯烃导电母粒及其制备方法，将碳纳米管和石墨烯分散于易挥发性惰性溶剂中，随后经超声制备得到分散液，再与原料、相容剂混合，通过双螺杆挤出制备得到碳纳米管母粒。有机溶剂中分散碳纳米管浓度较低，难以获得高浓度碳纳米管分散液，同时大量使用的挥发性溶剂，不仅不利于环保，也将对规模化生产带来巨大安全隐患。
[0006]CN111286108A专利技术专利公开了一种塑料管材用抗熔垂母粒及其制备方法与应用。按重量份计，所述抗熔垂母粒的原料包括以下组分：低密度聚乙烯(LDPE)100份、多壁碳纳米管5～15份、表面改性剂0.1～1份、交联剂0.1～3份、加工助剂2～7份、抗氧剂0.2～3份。
[0007]CN 102443213 A公开了一种取向碳纳米管/聚烯烃复合材料及其制备方法，提出一种取向碳纳米管/聚烯烃复合材料及其制备方法，本专利技术提供制备方法工艺简单，能够实现碳纳米管在聚烯烃中的均匀分散并取向排列，得到的复合材料具有良好的力学性能和加工性能。然而其配方中引入自由基引发剂，加工配方复杂，破坏聚烯烃的力学性能，且所得复合材料内碳纳米管含量浓度低、不足10％。
[0008]传统碳纳米管/聚乙烯母粒制备方法存在碳纳米管难分散，使用溶剂，加工条件苛
刻及母粒碳纳米管含量较低等缺陷。

技术实现思路

[0009]针对传统碳纳米管/聚乙烯母粒制备方法存在碳纳米管难分散，使用溶剂，加工条件苛刻及母粒碳纳米管含量较低等缺陷。本专利技术提供一种碳纳米管母粒及其制备方法与应用，该纳米管母粒可以有效改善碳纳米管在聚乙烯材料中的分散效果，在冲击强度、表面润滑性能方面均具有较好的效果，提升l聚乙烯管材料的整体性能，特别适用于在聚乙烯管材加工过程中，便于碳纳米管母粒在聚乙烯管材领域推广使用。
[0010]为达上述目的，本专利技术一种聚乙烯管材易分散碳纳米管母粒，包括粒径尺寸为177μm
‑
250μm的茂金属中密度聚乙烯粉料、碳纳米管、加工助剂及抗氧剂，以原料的重量份计：聚乙烯粉料5
‑
100份，碳纳米管5
‑
50份，加工助剂0.1
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2份，抗氧剂0.5
‑
2份。
[0011]本专利技术的茂金属中密度聚乙烯粉料为60目
‑
80目的筛分组分，重均分子量为5万
‑
20万。
[0012]为了提高聚乙烯母粒的冲击强度及表面润滑性能，添加碳纳米管粉末，所述碳纳米管为未改性的多壁碳纳米管，管径范围为5～50nm，管长范围为1～50μm。更优选的，所述的多壁碳纳米管是CNT103、XFM25与TNIMIC1中的一种或两种。
[0013]为了提高材料的加工稳定性和长效抗热氧老化性，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述的酚类抗氧剂优选为四[β
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑
4羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；所述的亚磷酸酯类抗氧剂优选为三(2,4
‑
二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
[0014]为了更好的便于加工生产，所述的加工助剂为聚偏二氟乙烯类聚合物。
[0015]本专利技术酚类抗氧还提供了一种碳纳米管母粒的制备方法，包括以下步骤：将粒径尺寸为177μm
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250μm的茂金属中密度聚乙烯粉料、碳纳米管、加工助剂及抗氧剂混匀，得到混合料，将该混合料经双螺杆挤出后造粒，得到聚乙烯管材易分散碳纳米管母粒。
[0016]通过双螺杆挤出工艺的强剪切混合作用有助于分散碳纳米管，更优选的，双螺杆挤出机造粒时，调节双螺杆挤出机的第一段筒体的温度为150
‑
180℃，第二段筒体的温度为160
‑
190℃，第三至十段筒体的温度为160～200℃；熔体温度为170～200℃，并调节颗粒冷却水的温度为45～65℃。
[0017]本专利技术又提供了一种碳纳米管母粒在聚乙烯管道材料中的应用，优选地，该应用为：将碳纳米管母粒按照管道料质量2～10％的比例添加于聚乙烯管道材料中，所得专用料在冲击强度、表面润滑性能方面均具有较好的效果。
[0018]相较于现有技术，本专利技术的有益效果如下：
[0019](1)采用177μm
‑
250μm的茂金属中密度聚乙烯粉料作为树脂载体，粒径尺寸大小适宜，保证碳纳米管与载体树脂的均匀混合，从而保证碳纳米管在后续加工中获得优异的分散性。茂金属中密度聚乙烯粉料粒径太大，与多壁碳纳米管接触面积减少，不利于两周充分融合；茂金属中密度聚乙烯粉粒粒径太小，易发生团聚或粘壁现象，造成多壁碳纳米管在母粒中的分散不均匀，影响改性效果。
[0020](2)本专利技术的制备方法简单温和、不引入任何溶剂、不涉及高温、高压等极端操作工艺，制备方法绿色环保、简单易行。所制备的碳纳米管母粒含量高、不粉化、无扬尘、添加
量少且易分散。
[0021](3)本专利技术的聚乙烯管材易分散碳纳米管母粒可用于聚乙烯管材制品改性，所得管材表面光滑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管母粒，其特征在于，包括以下组分及含量：以原料的重量份计，茂金属中密度聚乙烯粉料5
‑
100份，碳纳米管5
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50份，加工助剂0.1
‑
2份，抗氧剂0.5
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2份；所述茂金属中密度聚乙烯粉料的粒径尺寸为177μm
‑
250μm。2.如权利要求1所述的碳纳米管母粒，其特征在于，所述茂金属中密度聚乙烯粉料的含量为5
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100份。3.如权利要求1所述的碳纳米管母粒，其特征在于，所述茂金属中密度聚乙烯粉料为60目
‑
80目的筛分组分，重均分子量为5万
‑
20万。4.如权利要求1所述的碳纳米管母粒，其特征在于，所述碳纳米管为未改性的多壁碳纳米管，管径为5～50nm，管长为1～50μm；所述多壁碳纳米管为CNT103、XFM25和TNIMIC1中的至少一种。5.如权利要求1所述的碳纳米管母粒，其特征在于，所述加工助剂为聚偏二氟乙烯类聚合物。6.如权利要求1所述的碳纳米管母粒，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。7.如权利要求6所述的碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙彬彬，王华，张瑞，宋磊，高宇新，王立娟，王文燕，杨国兴，杨琦，牛娜，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：