专利名称：一种高导电性复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高导电性复合材料及其制备方法，具体地，涉及结晶型聚合物/ 碳纳米管复合材料，属于高分子基复合材料制备及碳纳米管改性领域。
背景技术：
碳纳米管由于具有优异并且独特的机械、热学及电学性能而一跃成为国内外学者 研究的热点。近年来，在实际的工业生产中，碳纳米管由于其量产规模小、成本高昂成为限 制其广泛应用的因素；在碳纳米管增强聚合物基复合材料中，由于碳纳米管管壁之间的范 德华力的作用，碳纳米管束的剥离及其分散后在基体中的相容性是制备碳纳米管复合材料 的关键所在。因此，碳纳米管的改性对于其在聚合物中的良好分散和界面相容性具有重要 的应用价值。目前碳纳米管的功能化研究方法主要有共价键改性和非共价键改性两个方面。共 价键改性就是将功能化基团直接键接到碳管的表面或者是碳管表面上的缺陷位置，也可 以通过原位聚合反应在碳纳米管表面包裹上一层牢固的聚合物层，在2005年Chemistry Materials, 17卷1290 1295页报道中借助于H2S04/HN03混酸溶液对碳纳米管(CNTs) 进行处理，获得表面带有羧基的改性碳纳米管，随后可以对羧基进行一系列的化学修饰以 引入不同的官能团，共价键改性在一定程度上破坏了碳纳米管的结构，这就导致了碳纳米 管的力学和电学性能的降低，影响了其在复合材料中性能的发挥。非共价键改性则是采 用表面活性剂、齐聚物或者无机功能分子对碳纳米管进行物理吸附改性，一方面以增强其 可溶性，另外一方面可以提高其在基体中的相容性，同时也影响基体的一些性质。2006年 Journal of American Chemistry Society, 128 卷 1692 1699 介绍了非共价键包覆方法 将具有芳香环的小分子或者聚合物与碳纳米管的管壁石墨结构之间弱的η-η共轭作用， 引入一些活性基团。本发明采用芳香族类有机成核剂非共价键修饰碳纳米管，既可以在保 证碳纳米管结构不被破坏的前提下提高碳纳米管在基体中的分散性和相容性，同时通过有 机成核剂对基体结晶过程的影响，控制微晶区的尺寸来实现碳纳米管网络的优化。
发明内容
针对以上现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提出一种材料性能优良、复 合工艺简单的碳纳米管复合改性材料及其制备方法。本发明提出的碳纳米管复合改性材料，针对碳纳米管的表面修饰，利用芳香族的 有机成核剂来改性碳纳米管，通过η-η共轭作用将其吸附到碳纳米管表面，不但能提高 碳纳米管在溶液中的分散性，增强碳纳米管与结晶型聚合物间的相容性，而且有机成核剂 可以通过影响聚合物的结晶过程，包括结晶的晶区大小、排布和晶型等来优化碳纳米管网 络结构，制备出成本低、综合物理机械性能好、导电性能好的结晶型聚合物/碳纳米管复合 材料。本发明的技术方案如下本发明提出的一种高导电性复合材料，其特征在于，包括94. 0 99. 4%的结晶型聚合 物、0. 5 5. 0%的碳纳米管及0. 1 1. 0%的有机成核剂。所述结晶型聚合物选自聚丙烯(PP)或聚酰胺。所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。所述有机成核剂采用芳基类的芳基二羧酸酰胺、苯甲酰类的二 [4- (1，1-二甲基 乙基)苯甲酰-氧]氢氧化铝，其化学结构式分别如下式所示
权利要求
一种高导电性纳米复合材料，其特征在于，包括如下重量百分比表示的组分94.0～99.4%的结晶型聚合物、0.5～5.0%的碳纳米管及0.1～1.0%的有机成核剂。
2.根据权利要求1所述的高导电性纳米复合材料，其特征在于，所述结晶型聚合物选 自聚丙烯或聚酰胺。
3.根据权利要求1所述的高导电性纳米复合材料，其特征在于，所述碳纳米管采用单 壁碳纳米管、双壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。
4.根据权利要求1所述的高导电性纳米复合材料，其特征在于，所述有机成核剂采用 芳基类的芳基二羧酸酰胺、苯甲酰类的二 [4- (1，1_ 二甲基乙基)苯甲酰-氧]氢氧化铝， 其化学结构式分别如下式所示。
5.根据权利要求1或4所述的高导电性纳米复合材料，其特征在于，所述有机成核剂与 所述碳纳米管之间的作用为非共价键n-n共轭吸附作用。
6.权利要求1的高导电性纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤a)配置碳纳米管_有机成核剂的邻二氯苯溶液将碳纳米管和有机成核剂加入邻二氯 苯(DCB)或十氢萘中，在15 45°C环境下超声分散40 120min ；以碳纳米管的质量和邻二氯苯的体积计，配置的碳纳米管-有机成核剂的邻二氯苯或 十氢萘溶液的浓度为0. 1 1. 0 mg/ml ；b)将超声后的邻二氯苯溶液置于0°C的冰水浴中0.5 1. 0 h后，使用孔径为0. 22 μ m 0. 45 μ m的多孔滤膜继续在0°C的环境下过滤，在多孔滤膜上得到了所述有机成核剂改 性的碳纳米管；最后将所述改性的碳纳米管重新分散在溶剂中，超声池中超声分散0. 5 1.0 h，得到稳定的改性碳纳米管溶液；c)将所述改性碳纳米管溶液逐滴滴加到溶有结晶型聚合物的温度为110 150°C的热 溶液中，然后将体系保持于110 150°C的环境中使用超声探针持续超声直至大部分的溶 剂挥发；d)取出步骤c)中的最后产物，放置于80 120°C的真空烘箱中12 24h，得到碳纳米 管/结晶型聚合物的复合材料；所述碳纳米管是单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机成核剂的用量为结晶型聚 合物质量的0. 1 1. 0%。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂是二甲苯或甲苯。
全文摘要
本发明涉及一种高导电性纳米复合材料及其制备方法。该高导电性纳米复合材料包括结晶型聚合物、碳纳米管及结晶型聚合物的有机成核剂，其制备方法是将上述三种原料按照一定的比例和次序在二甲苯溶剂中混合，采用持续超声的条件下溶剂挥发制得。本方法简单、易于操作，可以通过简便的方法得到导电性好、综合性能优良的导电复合材料，该复合材料可以广泛的应用于汽车、电子及电子仪器、办公设备、工业机械等领域，可以满足和扩大结晶型高分子材料在导电材料、电磁屏蔽等领域的应用。
文档编号C08L23/12GK101974179SQ201010528488
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月2日 优先权日2010年11月2日
发明者张玲, 李春忠, 王政华, 胡斌 申请人:华东理工大学;上海汉特工程塑料有限公司