專利名稱：納米碳管粉體與其形成方法、復(fù)合材料的形成方法
納米碳管粉體與其形成方法、復(fù)合材料的形成方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于復(fù)合材料，更特別關(guān)于將納米碳管分散其中的方法。
背景技術(shù)：
塑料產(chǎn)品具可塑性以及質(zhì)量輕，廣泛用于民生工業(yè)之中，然而本身為絕緣體，表面經(jīng)摩擦后產(chǎn)生電荷累積而帶靜電，會造成塑料在加工過程中的困擾，例如塑料薄膜成卷性不良與粘卷、易引起塵土及灰塵而降低生產(chǎn)線的良率、電子設(shè)備受到干擾或損壞，甚至引起火花而造成爆炸。
3C電器產(chǎn)品的輕薄短小化，電子元件往朝高密度與高頻化發(fā)展。這些小型與高電子密度的元件必須解決靜電干擾及電磁相容性(EMC)問題。金屬外殼可達(dá)成電磁波的遮蔽屏障與抗靜電效果，但金屬的密度高且不易加工。雖然業(yè)界改以在外殼涂布導(dǎo)電漆、濺鍍金屬層，與無電鍍金屬層等，這些方式所需的成本高、制程復(fù)雜、且污染環(huán)境。此外，外層金屬薄膜易剝落失效。
為了改善塑料的靜電問題，進(jìn)而應(yīng)用于電子產(chǎn)品上，目前的作法是將抗靜電/導(dǎo)電材料與高分子進(jìn)行混煉。經(jīng)由擠出或射出成型混煉后的復(fù)合材料，以期完成具抗靜電 (Ant1-static)、靜電消散(ESD)，與電磁波遮蔽(EMI)功能的高分子復(fù)材。抗靜電需求為 IO9-1O12Ohm/ □、靜電消散(ESD)為106-109ohm/ □、導(dǎo)電性需求為彡106ohm/ □、而電磁波干擾遮蔽(EMI)需求為彡IO4Ohm/ 口。
為使抗靜電材料均勻分散于塑料之中，會先將添加材料與載體(carrier)混合熔融再造粒成母粒(masterbatch)，再將母粒與塑料熔融混合，藉由載體的濕潤和分散作用， 使添加劑與塑料有好的相容性。目前使用的主要抗靜電材料為酯類、胺類，以及有機(jī)鹽類， 其導(dǎo)電路徑是藉由吸附空氣中的水氣而在表面形成導(dǎo)電的水層。上述特性導(dǎo)致成品需放置在一定濕度環(huán)境下數(shù)天才具有抗靜電效果，且易受環(huán)境影響(如濕度) 。上述產(chǎn)品在受熱后，其抗靜電材料易遷移至表層而影響外觀。此外，產(chǎn)品的抗靜電效果會因延伸而下降或消失。
若使用碳黑作為抗靜電材料/導(dǎo)電材料，其導(dǎo)電原理為均勻分散于塑料之中的碳黑，可藉由碳黑之間的接觸或短距離(通常<2nm)有效形成導(dǎo)電通路。然而添加碳黑的量需高滲透閾值(percolation threshold)。舉例來說,作為抗靜電材料時需添加> 5wt%的碳黑，作為導(dǎo)電材料需添加> 2(^丨％的碳黑。高碳黑添加量將影響復(fù)合材料的加工性與機(jī)械性質(zhì)，其表面受摩擦后會有脫碳的現(xiàn)象而污染產(chǎn)品，影響塑料外觀。添加碳黑的復(fù)合材料的電性效果，同樣會受到延伸影響。目前沒有拉伸4倍以上，仍具抗靜電性質(zhì)的復(fù)合材料。
納米碳管(Carbon Nanotube,簡稱CNT)具有極佳的電性與機(jī)械性質(zhì),適合作為導(dǎo)電填充材料或補(bǔ)強(qiáng)材料。然而納米碳管的表面平滑且為化學(xué)惰性，其與塑料的相容性不佳。 另一方面，CNT的高長徑比結(jié)構(gòu)，使碳管間因強(qiáng)大凡德瓦爾力而相互吸引甚至纏繞聚集，導(dǎo)致納米碳管難以分散于塑料中。此外，納米碳管本質(zhì)輕盈，不但占空間且易飄散，使得處理及存放納米碳管時需額外注意。綜上所述，納米碳管在直接加工與應(yīng)用上有其困難。
為了使納米碳管均勻分散在塑料中，常見的方法有(I)化學(xué)修飾納米碳管表面。 利用鹽酸、硝酸等強(qiáng)酸溶液使碳管表面產(chǎn)生羧酸等官能基，再進(jìn)一步進(jìn)行改性與接枝?；蛘呃米杂苫磻?yīng)于納米碳管表面直接進(jìn)行改性與接枝，改善納米管表面的化學(xué)惰性。之后再取化學(xué)修釋后的納米碳管與塑料進(jìn)行混煉。此方法的缺點為，化學(xué)改性常會破壞納米碳管管壁，并因此降低納米碳管的導(dǎo)電性。(2)原位聚合反應(yīng)。取反應(yīng)單體(monomer)與納米碳管于溶液混合均勻后，反應(yīng)單體再進(jìn)行聚合，使納米碳管分散于反應(yīng)單體聚合的高分子中。(3)溶液混合法(solution process)。將納米碳管與高分子溶液混合均勻后，以再沉淀或去除溶劑得到固體。上述方法雖然能使納米碳管均勻分散在塑料中，然而制程復(fù)雜、選用的溶劑成本高與具毒性，且高分子對溶劑的溶解度有其限制等，不適合應(yīng)用在工業(yè)上。
綜上所述，目前亟需在不傷害納米碳管表面的前提下，使納米碳管能有效分散于塑料中。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種納米碳管粉體，其在不傷害納米碳管表面的前提下， 能使納米碳管能有效分散于塑料中。
本發(fā)明一實施方式提供一種納米碳管粉體(carbon nanotube powders),包括均勻混合的納米碳管與分散劑，且納米碳管與分散劑的重量比介于30 70至90 10之間， 其中納米碳管的管徑介于IOnm至IOOnm之間，且其長徑比介于100 :1至5000 I之間； 其中分散劑是由溶媒鏈段A與親碳基團(tuán)B聚合而成的交替共聚物、嵌段共聚物、或無規(guī)共聚物，其中溶媒鏈段A的結(jié)構(gòu)如下其中R1是氫或甲基；R2是氫、CV2tl的烷基、C"。
權(quán)利要求
1.一種納米碳管粉體，包括均勻混合的一納米碳管與一分散劑，且該納米碳管與該分散劑的重量比介于30 70 至90 10之間，其中該納米碳管的管徑介于IOnm至IOOnm之間，且長徑比介于100 I至5000 I 之間；其中該分散劑是由溶媒鏈段A與親碳基團(tuán)B聚合而成的交替共聚物、嵌段共聚物、或無規(guī)共聚物，其中溶媒鏈段A的結(jié)構(gòu)如下
2.如權(quán)利要求1所述的納米碳管粉體，其中該分散劑的重均分子量介于五千至十萬之間。
3.—種納米碳管粉體的形成方法，包括取一納米碳管及一分散劑置入一有機(jī)溶劑，且該納米碳管與該分散劑的重量比介于 30 70 至 90 10 之間；超聲波震蕩并攪拌該有機(jī)溶劑，使該納米碳管分散于該有機(jī)溶劑中；以及過濾烘干收集有機(jī)溶劑中的固體，得到一納米碳管粉體，其中該納米碳管與該分散劑均勻混合。
4.如權(quán)利要求3所述的納米碳管粉體的形成方法，其中該納米碳管的管徑介于IOnm至 IOOnm之間，且長徑比介于100 I至5000 I之間。
5.如權(quán)利要求3所述的納米碳管粉體的形成方法，其中該分散劑是由溶媒鏈段A與親碳基團(tuán)B聚合而成的交替共聚物、嵌段共聚物、或無規(guī)共聚物， 其中溶媒鏈段A的結(jié)構(gòu)如下Ri其中R1是氫或甲基；
6.一種復(fù)合材料的形成方法，包括以權(quán)利要求3所述的納米碳管粉體的形成方法，形成一納米碳管粉體；以及混煉該納米碳管粉體與一熱塑性塑料，形成一復(fù)合材料；其中該納米碳管與該復(fù)合材料的重量比介于O. 5 100至50 100之間。
7.如權(quán)利要求6所述的復(fù)合材料的形成方法，其中混煉該納米碳管粉體與該熱塑性塑料的步驟更包括混煉一含碳填充材料、一氧化物填充材料、或上述的組合。
8.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料的形成方法，其中該含碳填充材料為碳黑、碳纖維、碳 60、或上述的組合，且該氧化物填充材料為氧化鋅、氧化鋁、氧化銦錫、二氧化鈦、或上述的組合。
9.如權(quán)利要求7所述的復(fù)合材料的形成方法，其中該熱塑性塑料為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、或聚碳酸酯。
10.如權(quán)利要求6所述的復(fù)合材料的形成方法，其中該復(fù)合材料是應(yīng)用于抗靜電產(chǎn)品、 靜電消散產(chǎn)品、電磁波及輻射頻波屏蔽、3C電器設(shè)備、信息產(chǎn)品、電子包裝材料、電極、導(dǎo)線導(dǎo)電膠、或?qū)щ姴牧?。R4 或
全文摘要
本發(fā)明提供的納米碳管粉體，包括均勻混合的納米碳管與分散劑，且納米碳管與分散劑的重量比介于30∶70至90∶10之間。納米碳管的管徑介于10nm至100nm之間，且其長徑比介于100∶1至5000∶1之間。分散劑是由溶媒鏈段A與親碳基團(tuán)B聚合而成的交替共聚物、嵌段共聚物、或無規(guī)共聚物。上述納米碳管粉體可與熱塑性塑料混煉形成復(fù)合材料，其中納米碳管與復(fù)合材料的重量比介于0.5∶100至50∶100之間。
文檔編號C08K3/04GK102993460SQ201110307079
公開日2013年3月27日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者蕭安恩, 張信貞, 蔡書雅, 徐美雯 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院