导电母粒及导电单纤纤维制造技术

本发明专利技术是关于一种包含聚对苯二甲酸丁二酯高分子基材、均匀分散的纳米碳管粉体、分散剂及链延长剂的聚酯基材粉体，一种具有均匀光滑表面的导电母粒，一种制造该导电母粒的方法，一种由该导电母粒形成的导电单纤纤维，一种制造彼等导电单纤纤维的方法，及一种由该导电单纤纤维制成的纺织品。本发明专利技术的特点在于制得具有高导电性的纳米碳管纤维材料且可改善导电母粒的纺丝性避免纺丝程序中发生阻塞及断丝的情形。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于一种含有纳米碳管粉体均匀分散其中的聚酯基材粉体；一种具有均匀光滑表面的导电母粒及一种制造该导电母粒的方法；一种由该导电母粒形成的导电单纤纤维及一种制造彼等导电单纤纤维的方法；及一种由该导电单纤纤维制成的纺织品。
技术介绍
已知纳米碳管为一种石墨化碳管，与一般碳的差异在于纳米碳管具有L/D比特性，是最佳的导电材料。通常，当L/D比越大时，相对的导电性会越好，但是若L/D比过大时，在纺丝加工程序上会有问题，例如若排列性或顺向性不好时会造成抽丝上的困难，又若当纳米碳管无法通过滤网试验时，则在纺丝过程中容易发生断丝情形。 为增加高分子基材的导电度可添加具有良好分散性的纳米碳管，纳米碳管物质可利用高速机械作用力以形成分散的纳米碳管及使其能均匀地分散于高分子基材中，以此提高高分子的导电度。惟此种以机械方法达到分散效果及提高导电度的方式仅在添加低浓度的纳米碳管时才有效，倘若纳米碳管的浓度偏高时，虽可有效地提高导电度但是无法达到均匀分散的效果。另一方面，纳米碳管长度愈长对其增加导电性质的效果会愈好，惟倘若纳米碳管的长度过长则对其应用加工性是较不利的，此结果乃归因于纳米碳管本身会有互相缠结在一起的问题。 近年，使用高速剪切混练加工技术，使在高分子基材中添加的纳米碳管含量可以高达15重量％。但是由此方式得到的高分子材料中的纳米碳管分散性并不佳。 另一种使纳米碳管分散的公知方法是利用超音波在强酸溶液中将纳米碳管的结团震开，例如在含有H2SO4与HNO3(比例为3∶1)的混合酸液中及在50℃超音波震荡的环境下历时24小时，以解开纳米碳管团块。然而纳米碳管经强酸处理后，容易产生具有增加纳米碳管分散特性的COOH基，但这种方法的缺点在于纳米碳管经强酸处理后会在纳米碳管表面结构上产生缺陷，使纳米碳管的特性与功能大幅降低。 公知技术CN1475437A公开一种纳米碳管纸的制备方法，该方法包括净化纳米碳管、分散纳米碳管及形成纳米碳管纸的步骤，其中纳米碳管使用强酸处理去除杂质，并使纳米碳管均匀分散，可以多次处理直到纳米碳管去除杂质及充份分散为止。但是以诸如此种方法使纳米碳管达到均匀分散的目的有下述缺点 1)程序过于复杂且成本过高； 2)纳米碳管经强酸表面处理破坏后会失去原本特性，例如抗静电性或导电性或强力等性能会变差； 3)纳米碳管于溶剂中不易分散，且使用的溶剂会衍生环保问题；及 4)纳米碳管经强酸表面处理破坏后，回收率只有原来的30至60％左右，因而大幅增加制造成本。 CN1563526A公开一种含纳米碳管的导电纤维及其制备方法，该导电纤维包含80至99.9重量％聚酯、0.05至10重量％纳米碳管及0.05至10重量％偶合剂，其中该偶合剂为OP腊、蒙旦腊、聚乙烯醋酸乙烯或铝酸酯。此已知技术中纳米碳管在强剪切作用下被打开，以使其能在聚酯基材中均匀分散，因此只需要很少的添加量即可获得具有导电性的纤维材料。又，此方法中预先真空干燥聚酯及纳米碳管，之后添加偶合剂，在高速及70至120℃温度条件下进行混练，接着使用双螺杆于40至150转/分的转速下制得母粒，再制成纤维，一般经由此方法纳米碳管缠结不容易打开，因纳米碳管的长度L＝100μm(如其实施例所示)会过长，于滤网评估试验会有问题，且在纺丝过程中容易发生断丝情形。再者，此方法中仅添加偶合剂且纳米碳管的浓度低，对提高聚酯基材的导电效果有限。另外，此方法中预先真空干燥聚酯及纳米碳管时，抽眞真空干燥过程会将纳米碳管吸出的问题，且会导致纳米碳管的浓度降低使导电效果下降，所制备出的纳米碳管母粒的物性较不佳，因此需要利用双组份复合纺丝方式纺丝，方可以制备纤维，且纤维导电效果会降低，其缺点为所制备的纤维纺织品只有抗静电的效果，纺织品表面电阻为1.2×106Ω/sq。 CN1584141A公开一种利用复合纺丝技术形成原液着色的复合导电纤维，其特征在于该复合导电纤维由芯层与包覆在芯层外的皮层组成，其中芯层为导电性组份，其为含有2至60％的导电性成分分散其中的聚酯，该导电成分为导电碳黑或纳米碳管或纳米石墨或导电性金属氧化物，其表面电阻为小于106Ω.Cm，采用在熔融状态下混练的方法使导电性粒子分散，按此种方法制得的纳米碳管母粒的物性通常较不佳，因此需要利用双组份复合纺丝方式纺丝，方可以提升纤维的机械性质。 CN1869291A公开一种聚酯/纳米碳管纳米复合材料的纤维结构及其制备方法，其中纳米碳管、聚酯原料分散在合适的溶剂中形成稳定的聚酯/纳米碳管溶液或分散液，通过静电纺丝得到聚酯/纳米碳管纳米复合材料的纤维结构，包括纤维和由这纤维构成的不织布或薄膜。此纤维为静电纺丝所制得，其纤维导电率为10-17至102S/cm，使用超音波、机械搅拌或电磁搅拌使纳米碳管均匀分散于聚酯材料中。 US7,094,467B2公开一种抗静电高分子单纤纤维及其制造方法，该抗静电高分子单纤纤维包含作为基质的热塑性高分子与作为导电性填料的纳米碳管构成的高分子复合材料，形成的单纤纤维纺织品表面电阻为104至109Ω/sq。其缺点为所制备的单纤纤维纺织品只有抗静电的效果，单纤纤维纺织品表面电阻为2×107Ω/sq。 公知技术中，在高分子中所添加的纳米碳管含量一般为小于2重量％，但此含量范围的纳米碳管对增加导电度的效果有限。已知当聚酯基材中的纳米碳管含量大于5重量％时，纳米碳管的分散性较不佳，会造成高分子基材容易裂解、脆化及不易造粒。解决方法是在高分子基材中添加分散剂与链延长剂。
技术实现思路
为了获得具有良好导电性、低含量的纳米碳管及优异的纺丝加工性的导电单纤纤维，且为了避免上述公知技术的缺点与问题，本专利技术的目的在于提供一种新颖的导电聚酯高分子材料，其为一种含有均匀分散的纳米碳管、分散剂与链延长剂的聚酯高分子基材粉体。 本专利技术提供的含有纳米碳管粉体均匀分散其中的聚酯基材粉体，其包含 A)以聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)或其共聚物为基质的聚酯高分子基材； B)经超高速研磨的纳米碳管粉体； C)分散剂； D)链延长剂； 上述成分A)、B)、C)及D)利用高速粉体混练机进行混合，以获得聚酯基材粉体。 本专利技术的成分A)中，构成聚酯高分子基材的聚对苯二甲酸丁二酯或其共聚物是选自群组包括聚对苯二甲酸丁二酯均聚物、含有对苯二甲酸丁二酯(BT)重复单元的共聚酯及含有聚对苯二甲酸丁二酯单元的嵌段共聚物之一或其组合，其中以聚对苯二甲酸丁二酯均聚物为较佳。 根据本专利技术的一具体例，聚对苯二甲酸丁二酯或其共聚物具有极限黏度(I.V.)为大于0.6分升/克(dl/g)，较佳为极限黏度(I.V.)范围为0.8至1.3分升/克(于体积比50/50四氯乙烷/酚的溶剂中，25℃下检测)。 于本专利技术中，以聚酯基材粉体重量为基准，成分A)聚酯高分子基材的含量为80至99.5重量％，较佳为84至99重量％，更佳为88至97重量％。 本专利技术的成分B)中，使用纯度大于90％的纳米碳管，其藉由超高速粉体研磨机进行研磨，以形成分散的纳米碳管粉体。根据本专利技术的较佳具体例，可利用20,000至30,000rpm转速的粉体研磨机进行研磨纳米碳管粉体，历时5至20分钟，以形成分散性良好的纳米碳管粉体，可得到长度(L)为小于3.0微米本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有纳米碳管粉体均匀分散其中的聚酯基材粉体，其包含：　　Ａ）８０至９９．５重量％的以聚对苯二甲酸丁二酯（ＰＢＴ）或其共聚物为基质的聚酯高分子基材，以聚酯基材粉体重量为基准；　　Ｂ）１至１５重量％的经超高速研磨的纳米碳管粉体，以聚酯基材粉体重量为基准；　　Ｃ）０．０１至６．０重量％分散剂，以聚酯基材粉体重量为基准；　　Ｄ）０．０１至６．０重量％链延长剂，以聚酯基材粉体重量为基准；　　上述成分Ａ）、Ｂ）、Ｃ）及Ｄ）利用高速粉体混练机进行混合，以得到聚酯基材粉体。

【技术特征摘要】
1.一种含有纳米碳管粉体均匀分散其中的聚酯基材粉体，其包含A)80至99.5重量％的以聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)或其共聚物为基质的聚酯高分子基材，以聚酯基材粉体重量为基准；B)1至15重量％的经超高速研磨的纳米碳管粉体，以聚酯基材粉体重量为基准；C)0.01至6.0重量％分散剂，以聚酯基材粉体重量为基准；D)0.01至6.0重量％链延长剂，以聚酯基材粉体重量为基准；上述成分A)、B)、C)及D)利用高速粉体混练机进行混合，以得到聚酯基材粉体。2.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，成分A)中聚对苯二甲酸丁二酯或其共聚物系选自群组包括聚对苯二甲酸丁二酯均聚物、含有对苯二甲酸丁二酯重复单元的共聚酯及含有聚对苯二甲酸丁二酯单元的嵌段共聚物之一或其组合。3.根据权利要求2的聚酯基材粉体，其中，成分A)聚酯高分子基材以聚对苯二甲酸丁二酯均聚物为基质。4.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，聚对苯二甲酸丁二酯或其共聚物具有极限黏度为大于0.6分升/克。5.根据权利要求4的聚酯基材粉体，其中，聚对苯二甲酸丁二酯或其共聚物具有极限黏度为0.6至1.3分升/克。6.根据权利要求5的聚酯基材粉体，其中，聚对苯二甲酸丁二酯或其共聚物具有极限黏度为0.8至1.3分升/克。7.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，以聚酯基材粉体重量为基准，成分A)聚酯高分子基材含量为84至99重量％。8.根据权利要求7的聚酯基材粉体，其中，以聚酯基材粉体重量为基准，成分A)聚酯高分子基材含量为88至97重量％。9.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，成分B)经超高速研磨的中的纳米碳管粉体的长度L为小于3.0微米及L/D值大于100。10.根据权利要求9的聚酯基材粉体，其中，该研磨的纳米碳管粉体的长度L为0.7至3.0微米及L/D值为100至300。11.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，该研磨的纳米碳管粉体中的纳米碳管平均管径为0.5至50纳米或L/D值为60至600。12.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，以聚酯基材粉体重量为基准，成分B)的含量为1至10重量％。13.根据权利要求12的聚酯基材粉体，其中，以聚酯基材粉体重量为基准，成分B)的含量为2.5至10重量％。14.根据权利要求13的聚酯基材粉体，其中，以聚酯基材粉体重量为基准，成分B)的含量为3至10重量％。15.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，成分C)分散剂选自乙烯-丙烯酸系共聚物。16.根据权利要求15的聚酯基材粉体，其中，该分散剂为乙烯-丙烯酸共聚物。17.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，以聚酯基材粉体重量为基准，分散剂的含量为0.1至2.0重量％。18.根据权利要求17的聚酯基材粉体，其中，以聚酯基材粉体重量为基准，分散剂的含量为0.2至1.5重量％。19.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，成分D)链延长剂选自二异氰酸基环烷化合物或恶唑啉化合物。20.根据权利要求19的聚酯基材粉体，其中，该恶唑啉化合物为二异氰酸基环己烷化合物、双-恶唑啉化合物、1，4-伸苯基-双-恶唑啉化合物、2，2’-亚甲基双[(4，s)-4-叔丁基-2-恶唑]化合物或2，2’-亚甲基双[(4，s)-4-苯基-2-恶唑]化合物。21.根据权利要求20的聚酯基材粉体，其中，该恶唑啉化合物为2，2’-亚甲基双[(4，s)-4-叔丁基-2-恶唑]或2，2’-亚甲基双[(4，s)-4-苯基-2-恶唑]。22.根据权利要求1的聚酯基材粉体，其中，以聚酯基材粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：张胜善，
申请(专利权)人：财团法人纺织产业综合研究所，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]