一种碳纳米管/聚合物复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及复合材料及其制备方法领域，具体地，涉及一种碳纳米管/聚合物复 合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观 上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的 综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。聚合物在机械性能、电学性能、耐腐蚀性 能等方面都具有优异的表现，因此在农业、建筑业、包装业、制造业等行业均具有广泛应用 于。人们广泛采用聚合物作为基体材料，向其中添加高性能的填充材料，来制备具有高强 度、高耐热性或高导电性等性能突出的聚合物基复合材料。
[0003] 碳纳米管是一种纳米级的碳结构材料，由单层或者多层石墨烯片卷曲而成，具有 无缝中空管结构，直径一般从几纳米到几十纳米，长径比超过1000。碳纳米管可分为单壁碳 纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管具有优异的力学性能、热稳定性能、电学性能等，作为高 性能复合材料的理想填充材料，具有广阔的应用前景。然而，由于碳纳米管直径小，长径比 高，当作为填充材料填充在聚合物中时由于分散困难而容易团聚，这就使制备的碳纳米管/ 聚合物复合材料的难度增大，过程复杂，制备的复合材料外观差、性能低。
[0004] 中国专利CN 102634153B公开了一种碳管含量高且分散均匀的碳纳米管复合材 料的制备方法，其通过将碳纳米管加入到可挥发性溶剂中，经过超声分散，再将分散液喷洒 在复合材料卷曲辊上来制备碳纳米管复合材料。中国专利CN 100487046C公开了一种碳纳 米管/聚丙烯复合材料的制备方法，通过对碳纳米管进行改性处理，使其表面能降低，并接 枝上羧基和羟基，从而能够接枝在聚丙烯长链上，改善其分散性。中国专利申请CN1654528A 公开了一种碳纳米管/聚丙烯复合材料及其制备方法，通过加入相容剂、偶联剂等使促进 碳纳米管在聚丙烯中的分散，制备碳纳米管/聚丙烯复合材料。
【发明内容】
[0005] 为了解决碳纳米管作为填充材料填充在聚合物中时由于分散困难而容易团聚，使 得制备得到的碳纳米管/聚合物复合材料的外观差、性能低的问题，本发明提出了一种碳 纳米管/聚合物复合材料及其制备方法。本发明提供的碳纳米管/聚合物复合材料中，碳 纳米管在聚合物中均匀分散，所获得的碳纳米管/聚合物复合材料具有良好的性能。本发 明提供的碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法可以制备得到上述碳纳米管在聚合物中 均匀分散，并具有良好性能的碳纳米管/聚合物复合材料。
[0006] 本发明的发明人经研究后发现，酰胺类成核剂与碳纳米管之间具有共轭作用，可 以促进碳纳米管在聚合物中的分散，同时再结合使用抗氧剂可以制备得到碳纳米管在聚合 物中均匀分散并具有良好性能的碳纳米管/聚合物复合材料，从而完成了本发明。
[0007] 本发明提供了一种碳纳米管/聚合物复合材料，该复合材料包括聚合物、碳纳米 管、酰胺类成核剂和抗氧剂，其中，所述酰胺类成核剂在聚合物中完全熔融的温度满足如下 条件：
[0008] 1\+20。。<T〈T2
[0009] 其中，Τ为所述酰胺类成核剂在聚合物中完全熔融的温度，?\为所述聚合物的熔 点，Τ 2为所述聚合物的分解温度。
[0010] 本发明还提供了上述复合材料的制备方法，该方法包括将聚合物、碳纳米管、酰胺 类成核剂和抗氧剂熔融捏合的步骤；其中，所述酰胺类成核剂在聚合物中完全熔融的温度 满足如下条件：
[0011] Τ!+20°Ο <Τ<Τ2
[0012] 其中，?\为所述聚合物的熔点，Τ为所述酰胺类成核剂在聚合物中完全熔融的温 度，Τ 2为聚合物的分解温度。
[0013] 本发明提供的碳纳米管/聚合物复合材料中，碳纳米管在聚合物中的分散均匀， 很好的解决了碳纳米管作为填充材料填充在聚合物中容易团聚的问题，从而使得制备得到 的碳纳米管/聚合物复合材料具有更好的力学性能、热稳定性能和电学性能。本发明提供 的碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法工艺步骤简单，绿色环保，可以制备得到碳纳米 管在聚合物中均匀分散的碳纳米管/聚合物复合材料，所获得的碳纳米管/聚合物复合材 料的外观明显改善，力学性能、热稳定性能和电学性能得到明显的提高。
[0014] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0015] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具 体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
[0016] 在附图中：
[0017] 图1是按照本发明实施例1的方法获得的碳纳米管/聚丙烯复合材料S1在200°C 温度下的显微镜照片。
[0018] 图2是按照本发明对比例2的方法获得的碳纳米管/聚丙烯复合材料D2在200°C 温度下的显微镜照片。
[0019] 图3是按照本发明实施例1的方法获得的碳纳米管/聚丙烯复合材料S1的扫描 电子显微镜照片。
[0020] 图4是按照本发明对比例1的方法获得的碳纳米管/聚丙烯复合材料D1的扫描 电子显微镜照片。
【具体实施方式】
[0021] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0022] 根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种碳纳米管/聚合物复合材料，该复 合材料包括聚合物、碳纳米管、酰胺类成核剂和抗氧剂；其中，所述酰胺类成核剂在聚合物 中完全熔融的温度满足如下条件：
[0023] 1\+20。。<T〈T2
[0024] 其中，T为所述酰胺类成核剂在聚合物中完全熔融的温度，?\为所述聚合物的熔 点，Τ 2为所述聚合物的分解温度。
[0025] 根据本发明，在所述复合材料中，所述聚合物、碳纳米管、酰胺类成核剂和抗氧剂 的重量比为 100 : (〇· 05-5) : (0· 05-1) : (0· 01-0. 1)，优选为 100 : (0· 05-3) : (0· 1-0. 5): (0. 03-0. 05) 〇
[0026] 根据本发明，对所述聚合物没有特别限定。所述聚合物可以选自聚乙烯、聚丙烯、 聚丁烯、聚丁二烯和聚乳酸中的至少一种。优选地，所述聚合物为聚丙烯。其中，所述聚乙 烯可以选自高密度聚乙烯（密度大于0.940克/立方厘米的聚乙烯）、中密度聚乙烯（密 度介于0. 915-0. 940克/立方厘米的聚乙烯）、线型聚乙烯或乙烯含量50重量％以上的乙 烯共聚物。所述聚丙烯可以为丙烯均聚物和/或丙烯含量在50重量％以上的丙烯共聚物。 所述聚丙烯共聚物可以为嵌段共聚物和/或无规共聚物。所述聚丁烯可以为丁烯均聚物和 /或丁烯含量在50%重量以上的丁烯共聚物。对所述均聚物和共聚物的立构规整性没有特 别限定，可以为等规立构、间规立构或者不具有立构规整性。
[0027] 根据本发明，对所述碳纳米管没有特别限定。所述碳纳米管可以为单壁碳纳米管 或多壁碳纳米管。所述碳纳米管可以经表面处理或未经表面处理。所述表面处理为本领域 常用的为改性碳纳米管而进行的各种处理。所述表面处理例如可以为羟基化处理和/或羧 基化处理。所述碳纳米管的直径可以为15-30nm，优选为20-30nm，长度可以为20-30μπι，优 选为 22-28 μ m。
[0028] 根据本发明，以100重量份的聚合物为基准，当所述碳纳米管的用量超过5重量份 时，碳纳米管在聚合物中容易出现分散不均匀的现象；当碳纳米管的用量低于〇. 05重量份 时，碳纳米管在根据本发明的碳纳米管/聚合物复合材料中所起的效果将不显著。
[0029] 根据本发明，所述酰胺类成核剂具有如下式（I)所示的结构：
[0030] R「(C0NHR2)2 式（I)
[0031] 其中，&为C4-C6的亚烷基或C6-C12的亚芳基。R2为C5-C10的烷基、C5-C10的 环烷基或C6-C8的芳基。优选地，&选自亚正丁基、亚正己基、邻苯二甲基、对苯二甲基和 2, 6-萘二基中的任意一种。优选地，R2选自戊基、辛基、庚基、环己基、苯基和苯甲基中的任 意一种。
[0032] 优选地，所述酰胺类成核剂为具有良好成核作用的聚丙烯酰胺类β成核剂。
[0033] 具体地，所述酰胺类成核剂可以选自Ν，Ν-二苯基己二酰胺、Ν，Ν-二环己基对苯二 甲酰胺、Ν，Ν-二苯甲酰基己二胺、Ν，Ν-二苯酰基对苯二胺、Ν，Ν-二庚酰基对苯二胺、Ν，Ν-二 苯胺基邻苯二甲酰胺、Ν，Ν-二苯基顺丁二甲酰胺、Ν，Ν-二苯基对苯二甲酰胺、Ν，Ν-二环己 基邻苯二甲酰胺和Ν，Ν-二环己基-2, 6-萘二酰胺中的至少一种。优选地，所述酰胺类成核 剂为Ν，Ν-二环己基-2