一种ato填充聚合物基复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种ATO填充聚合物基复合材料及其制备方法，该复合材料由包含以下重量份的组分制成：热塑性树脂80-99份、ATO粉末1-20份、偶联剂0.01-2份、润滑剂1-10份；将ATO粉末溶于加了偶联剂的丙酮溶液中，高速搅拌并同时置于超声池中超声分散后，将分散均匀的ATO烘干，使附着在ATO上的丙酮溶液完全除去，将热塑性树脂、处理过的ATO和润滑剂加入高速混合机中混合均匀并烘干；将混合并干燥好的物料送入双螺杆挤出机中熔合，最后经过模头挤出造粒；将挤出造粒后的粒料加入热压模具中，再将热压模具放入平板硫化仪中热压成型、冷却，获得ATO填充聚合物基复合材料。与现有技术相比，本发明的材料具有导电性能和导热性能优异，力学性能好、尺寸稳定性好、耐候性好等优点。
【专利说明】一种ATO填充聚合物基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子复合材料【技术领域】，尤其涉及一种ATO填充聚合物基复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的发展，各类光电子产品日新月异，对透明导电材料的性能提出了更高的要求。透明导电材料结合了透明和导电的特性，具有广泛的应用领域，不仅可应用于显像管或显示屏的防静电、防眩光、防电磁辐射，也可以用于透明电极、太阳能光电转换等领域。
[0003]目前绝大多数导电材料都是不透明的，已知的同时具有透明和导电特性的材料只有氧化铟锡(ITO)和掺杂氧化锡(ΑΤ0)。掺杂氧化锡，简称ΑΤ0，是一种η型的半导体材料，具有一些特异的光学和电学性能，是一种新型的多功能透明抗静电及导电材料，将它制成纳米级，则可在小型化、集成化等方面得到广泛的应用。纳米ATO导电粉既有纳米粉体的一般特性，又有其作为二氧化锡掺杂半导体的独特物理化学性质，因而具有很多优越的性能和广泛的用途。纳米ATO粉体与其它的抗静电材料，如碳黑、金属单质、有机抗静电材料等相比，不但具有高的导电性，还具有纳米材料的优越性能，比如它具有浅色透明性、良好的导电性、耐候性、分散性，还具有抗辐射、红外吸收等功能，因此用它作填料制备的聚合物基复合材料不但具有良好的导电、抗静电性能，还可以体现材料本身的浅色透明性，是一种高档的导电复合材料。
[0004]现阶段纳米ATO复合材料的研究仍处于起步阶段，许多重要的问题需要深入研究，比如纳米ATO大规模化、低成本的制备；纳米ATO的分散问题；纳米ATO与其它基体和体系的相容性问题等。发展创新的技术手段和路线来制备基于纳米ATO的复合材料，特别是ATO/聚合物复合材料，进而充分开发、利用其优异的性能是目前亟需解决的课题。目前国内外的很多学者都采用溶液聚合法和原位聚合法来制备ATO/聚合物复合材料，这些方法操作复杂，成本昂贵，而采用熔融共混法来制备ATO/聚合物复合材料的相关报道甚少，因此利用这种工艺方法制备ATO/聚合物复合材料无疑具有广阔的前景。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的制备方法复杂且不易规模化的问题而提供一种ATO填充聚合物基复合材料及其制备方法，该新型复合材料具有高导电性、高导热性、高力学性能、填充量少等特点，制备方法连续，适合规模化生产。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]—种ATO填充聚合物基复合材料，该复合材料由包含以下重量份的组分制成:
[0008]热塑性树脂80-99 ；
[0009]ATO 粉末 1-20 ；
[0010]偶联剂0.01-2;[0011]润滑剂1-10。
[0012]所述的热塑性树脂选自聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的一种或几种。
[0013]所述的ATO粉末由粒径为5~IOnm的ATO纳米晶聚集而成，所述的ATO粉末的直径为80~120nm。
[0014]所述的偶联剂选自市售的KH-550、NDZ-101或A-171中的一种或几种。
[0015]所述的润滑剂选自N，N’_乙撑双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、聚乙烯蜡或甲基硅油中的一种或几种。
[0016]一种ATO填充聚合物基复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤:
[0017](I)将1-20份ATO粉末溶于加了 0.01_2份偶联剂的丙酮溶液中，使溶有偶联剂的丙酮溶液完全浸没ΑΤ0，高速搅拌并同时置于超声池中超声分散20-50min后，将分散均匀的ATO置于90-120°C的烘箱内烘干8-24h，将附着在ATO上的丙酮溶液完全除去；
[0018](2)将80-99份热塑性树脂、经步骤(1)处理过的ATO和1_10份润滑剂加入高速混合机中混合均匀，然后置于真空烘箱中100-110°c下烘干10-16h ；
[0019](3)将步骤(2)中混合并干燥好的物料通过通过精密计量的送料装置，送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后经过模头挤出造粒；
[0020](4)将挤出造粒后的粒料加入热压模具中，再将热压模具放入平板硫化仪中热压成型、冷却，获得ATO填充聚合物基复合材料。
[0021]步骤(2)中混合的温度为60_90°C，混合的时间为3-10min。
[0022]步骤(3)所述的双螺杆挤出机的长径比为20-60: 1，双螺杆挤出机各区段的温度均为150-270°C，双螺杆挤出机的转速为20-30rpm。
[0023]步骤⑷中平板硫化仪的热压温度为170_270°C，预热时间为5_20min，热压时间为5-20min，热压受力为5_25MPa ;所述的冷却为水循环冷却，冷却的时间为3_20min。
[0024]与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果:
[0025]与导电填料填充复合材料相比，本发明的ATO填充聚合物基复合材料具有易加工、易成型、填料填充量少、颜色透明、对环境友好等特点。并且材料的导电性能和导热性能优异，具有力学性能好、尺寸稳定性好、耐候性好等特点，相比目前采用原位聚合法或溶液聚合法制备ATO/聚合物复合材料的工艺来说，用熔融共混法来制备ATO填充聚合物基复合材料方法更简单，工艺步骤少，环境更友好。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0027]实施例1
[0028]按照下面重量份称取原料:
[0029]PP (上海石化，F8OOEPS)"份，
[0030]ATO (上海沪正)1份，
[0031]KH-5500.01 份，
[0032]硬脂酸0.5份，
[0033]聚乙烯蜡 9.5份，[0034](1)先将ATO溶于加了偶联剂KH-550的丙酮溶液，使溶有偶联剂KH-550的丙酮溶液完全浸没ΑΤ0，用搅拌器高速搅拌，同时将其置于超声池中超声分散30min，然后置于鼓风烘箱内105°C下烘干16h ；
[0035](2)将步骤(1)中处理好的ΑΤ0、ΡΡ树脂、硬脂酸和聚乙烯蜡准确称量后加入高混机中混合均匀，混合时间7min，混合温度80°C，然后置于真空烘箱中105°C下烘干13h ；
[0036](3)将步骤(2)中处理好的物料通过精密计量的送料装置，送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后经过模头挤出造粒；其中双螺杆挤出机长径比为20: I，各区段温度控制在170°C _220°C，转速20rpm ；
[0037](4)将ΑΤΟ/PP粒料准确称量后加入热压模具中，再将模具放入平板硫化仪中热压成型，预热5min，热压温度180°C，热压时间5min，热压受力5MPa，然后水循环冷却20min，出模制得ΑΤΟ/PP聚合物复合板材。
[0038]实施例2
[0039]按照下面重量份称取原料:
[0040]PBT (兰特纳米，130GRS) 95 份，
[0041]ATO(自制)5 份，
[0042]NDZ-1010.5 份，
[0043]硬脂酸1.5份，
[0044]聚乙烯蜡1份，
[0045](1)先将ATO溶于加了偶联剂NDZ-101的丙酮溶液，使溶有偶联剂NDZ-101的丙酮溶液完全浸没ΑΤ0，用搅拌器高速搅拌，同时将其置于超声池中超声分散30min，然后在鼓风烘箱内在120°C下烘干8小时；
[0046](2)将步骤(1)中处理好的ATO、PBT树脂粉体、硬脂酸和聚乙烯蜡准确称量后加入高混机中混合均匀，混合时间3min，混合温度90°C，然后置于真空烘箱中110°C下烘干IOh ；
[0047](3)将步骤⑵中处理好的物料通过精密计量的送料装置，送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后经过模头挤出造粒；所用挤出机长径比40: 1，各区段温度控制在200°C _240°C，转速25rpm;
[0048](4)将ΑΤ0/ΡΒΤ粒料准确称量后加入热压模具中，再将模具放入平板硫化仪中热压成型，预热时间12min，热压温度230°C，热压时间lOmin，热压受力15MPa，然后水循环冷却12min，出模获得ΑΤ0/ΡΒΤ聚合物复合板材。
[0049]实施例3
[0050]按照下面重量份称取原料:
[0051]PVC (贵州安龙，SG-5) 85 份，
[0052]ATO(自制)15 份，
[0053]A-1711.5 份，
[0054]硬脂酸锌1.5份，
[0055]甲基硅油5份，
[0056](I)先将ATO溶于加了偶联剂A-171的丙酮溶液，使溶有偶联剂A-171的丙酮溶液完全浸没ΑΤ0，用搅拌器高速搅拌，同时将其置于超声池中超声分散30min，然后置于鼓风烘箱内90°C下烘干24h;
[0057](2)将步骤⑴中处理好的AT0、PVC树脂、硬脂酸锌和甲基硅油准确称量后加入高混机中混合均匀，混合时间lOmin，混合温度60°C，然后置于真空烘箱中100°C下烘干16h ；
[0058](3)将步骤(2)中处理好的物料通过精密计量的送料装置，送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后经过模头挤出造粒；其中双螺杆挤出机长径比60: I，各区段温度控制在150°C _200°C，转速30rpm ；
[0059](4)将ATO/PVC粒料准确称量后加入热压模具中，再将模具放入平板硫化仪中热压成型，预热20min，热压温度170°C，热压时间20min，热压受力25MPa，然后水循环冷却3min,出模制得ATO/PVC聚合物复合板材。
[0060]实施例4
[0061]按照下面重量份称取原料:
[0062]PS (镇江奇美，PG-33) 80 份，
[0063]ATO(自制)20 份，
[0064]KH-5500.2 份，
[0065]硬脂酸钙 0.5份，
[0066]聚乙烯蜡 0.5份，
[0067](I)先将ATO溶于加·了偶联剂KH-550的丙酮溶液，使溶有偶联剂KH-550的丙酮溶液完全浸没ATO，用搅拌器高速搅拌，同时将其置于超声池中超声分散50min，然后置于鼓风烘箱内105°C下烘干12小时，将附着在ATO上的丙酮溶液完全除去；
[0068](2)将步骤⑴中处理好的ATO、PS树脂、硬脂酸钙和聚乙烯蜡准确称量后加入高混机中混合均匀，混合时间lOmin，混合温度80°C，然后置于真空烘箱中105°C下烘干12小时；
[0069](3)将步骤(2)中处理好的物料通过精密计量的送料装置，送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后经过模头挤出造粒；其中双螺杆挤出机长径比25: I，各区段温度控制在170°C _220°C，转速20rpm ；
[0070](4)将ΑΤΟ/PS粒料准确称量后加入热压模具中，再将模具放入平板硫化仪中热压成型，预热时间5min，热压温度200°C，热压时间lOmin，热压受力lOMPa，然后水循环冷却8min,出模制得ΑΤΟ/PS聚合物复合板材。
[0071]实施例5
[0072]按照下面重量份称取原料:
[0073]PET(杜邦，415HP-NC) 95 份，
[0074]ATO(自制)10 份，
[0075]NDZ-1O11 份，
[0076]硬脂酸镁4.5份，
[0077]聚乙烯蜡0.5份，
[0078](I)先将ATO溶于加了偶联剂NDZ-1Ol的丙酮溶液，使溶有偶联剂NDZ-1Ol的丙酮溶液完全浸没ATO，用搅拌器高速搅拌，同时将其置于超声池中超声分散20min，然后置于鼓风烘箱内105°C下烘干12小时，将附着在ATO上的丙酮溶液完全除去；
[0079](2)将步骤⑴中处理好的ATO、PET树脂、硬脂酸镁和聚乙烯蜡准确称量后加入高混机中混合均匀，混合时间lOmin，混合温度80°C，然后置于真空烘箱中105°C下烘干12小时:
[0080](3)将步骤(2)中处理好的物料通过精密计量的送料装置，送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后经过模头挤出造粒；其中双螺杆挤出机长径比25: I，各区段温度控制在170°C _270°C，转速20rpm ；
[0081](4)将ATO/PET粒料准确称量后加入热压模具中，再将模具放入平板硫化仪中热压成型，预热5min，热压温度270°C，热压时间lOmin，热压受力lOMPa，然后水循环冷却8min，出模制得AT0/PET聚合物复合板材。
[0082]将实施例1-5制备得到的ATO填充聚合物基复合板材以中国国标导电国标GB-52261和导热国标GB-50051作为测试标准，测试材料的导电性能和导热性能，测试结果见表1。
[0083]表1
[0084]
【权利要求】
1.一种ATO填充聚合物基复合材料，其特征在于，该复合材料由包含以下重量份的组分制成: 热塑性树脂80-99 ； ATO 粉末 1-20 ； 偶联剂 0.01-2 ； 润滑剂 ι-?ο。
2.根据权利要求1所述的一种ATO填充聚合物基复合材料，其特征在于，所述的热塑性树脂选自聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种ATO填充聚合物基复合材料，其特征在于，所述的ATO粉末由粒径为5~IOnm的ATO纳米晶聚集而成，所述的ATO粉末的直径为80~120nm。
4.根据权利要求1所述的一种ATO填充聚合物基复合材料，其特征在于，所述的偶联剂选自市售的KH-550、NDZ-101或A-171中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种ATO填充聚合物基复合材料，其特征在于，所述的润滑剂选自N，N’ -乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁、聚乙烯蜡或甲基硅油中的一种或几种。
6.—种如权利要求1所述的ATO填充聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (1)将1-20份ATO粉末溶于 加了0.01-2份偶联剂的丙酮溶液中，使溶有偶联剂的丙酮溶液完全浸没ΑΤ0，高速搅拌并同时置于超声池中超声分散20-50min后，将分散均匀的ATO置于90-120°C的烘箱内烘干8-24h，将附着在ATO上的丙酮溶液完全除去； (2)将80-99份热塑性树脂、经步骤(1)处理过的ATO和1_10份润滑剂加入高速混合机中混合均匀，然后置于真空烘箱中100-110°C下烘干10-16h ； (3)将步骤(2)中混合并干燥好的物料通过送料装置，送入双螺杆挤出机中，物料在螺杆的剪切、混炼和输送下充分的熔合，最后经过模头挤出造粒； (4)将挤出造粒后的粒料加入热压模具中，再将热压模具放入平板硫化仪中热压成型、冷却，获得ATO填充聚合物基复合材料。
7.根据权利要求6所述的一种ATO填充聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中混合的温度为60-90°C，混合的时间为3-10min。
8.根据权利要求6所述的一种ATO填充聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的双螺杆挤出机的长径比为20-60: 1，双螺杆挤出机各区段的温度均为150-270°C，双螺杆挤出机的转速为20-30rpm。
9.根据权利要求6所述的一种ATO填充聚合物基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中平板硫化仪的热压温度为170-270°C，预热时间为5-20min，热压时间为5_20min，热压受力为5-25MPa ;所述的冷却为水循环冷却，冷却的时间为3_20min。
【文档编号】B29B9/06GK103788478SQ201210431008
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年11月1日 优先权日:2012年11月1日
【发明者】刘欣 申请人:合肥杰事杰新材料股份有限公司