專利名稱：碳納米管改性聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改性聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，特別涉及一種碳納米管改性聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管在納米材料中最富有代表性，并且是性能優(yōu)異的材料。碳納米管可以看成是拉長的C6Q。自從1991年日本科學(xué)家Iijima首先發(fā)現(xiàn)碳納米管后，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。各種制備碳納米管的方法相繼被發(fā)明。碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和儲氫等性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。碳納米管與高分子復(fù)合后，力學(xué)性能和電學(xué)性能都得到提高，可以作為高強度材料和防靜電材料等；碳納米管通過物理和化學(xué)方法修飾，可產(chǎn)生優(yōu)異的物理、化學(xué)和生物性能；另外，碳納米管在軍事領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。一般情況下，大批量生產(chǎn)的碳納米管存在許多缺陷，分散性能也比較差，特別是碳納米管表面結(jié)構(gòu)的缺陷往往會損害其電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)等性能。這些因素降低了碳納米管作為納米材料的優(yōu)越性能，影響了碳納米管的應(yīng)用。為了改善碳納米管的表面結(jié)構(gòu)，一般采用表面修飾的方法來改善碳納米管的分散性能以及與其他物質(zhì)之間的相容性。為此，國內(nèi)外的研究學(xué)者對碳納米管開展了各種表面修飾方法的研究。聚苯乙烯是一種被廣泛使用的商品化聚合物，但也因其自身脆性大而限制了其的使用范圍，通常需要加入橡膠彈性體對其增韌改性，制備高抗沖聚苯乙烯。但在使用之中方法提高人性的同時，往往會使其強度下降。目前碳納米管/聚苯乙烯復(fù)合材料的研究主要集中在兩個方面一是將碳納米管作為填充材料，采用溶液、熔融共混和原位聚合等方法制備碳納米管/聚苯乙烯復(fù)合材料，以提高復(fù)合材料的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能；二是將碳納米管作為主體，用聚苯乙烯對碳納米管進行修飾，使之在有機溶劑中獲得良好的溶解性。近幾年關(guān)于碳納米管/聚苯乙烯復(fù)合材料的研究非?；钴S，在提高復(fù)合材料的導(dǎo)電！機械性能等方面已取得了很好的 進展。從國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀來看，碳納米管在提高復(fù)合材料的力學(xué)性能方面尚未發(fā)揮出理想的應(yīng)用效果。要將碳納米管填充的復(fù)合材料真正作為輕質(zhì)、高強度的材料使用，還有許多工作要做，尤其是碳納米管在聚合物中的分散問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種分散性能良好，具有優(yōu)異力學(xué)性能的改性聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法。為了實現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種碳納米管改性聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，于包括以下步驟
Cl) 按以下重量配比準(zhǔn)備原料苯乙烯100 ;碳納米管5 20 ;引發(fā)劑O. 05 O. 2 ;濃硫酸60 80 ;濃硝酸180 240 ;去離子水100 200 ;過硫酸鉀O.1 O. 5 ;十二烷基硫酸鈉3 6 ；10%氫氧化鈉溶液10 20 ;(2)將碳納米管加入濃硫酸和濃硝酸的混合液中，超聲處理30min，用去離子水洗滌至中性，80°C烘箱中干燥24h ；
(3)將苯乙烯、碳納米管、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉混合均勻，加入10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH值到9，超聲處理30min，恒溫80°C，加入引發(fā)劑反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束離心分離至上層清夜加入甲醇無雜質(zhì)為止，產(chǎn)品50°C烘箱干燥24h。所述碳納米管為多壁碳納米管,外徑范圍為10 20nm,長度為5 15Mm。所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或過氧化苯甲酰。目前碳納米管的主要制備方法有三種石墨電弧法、激光蒸發(fā)法及化學(xué)氣相沉積法(CVD法)。但通常制備出的碳納米管表面含有不少雜質(zhì)，如非晶態(tài)無定型碳、石墨顆粒、催化劑顆粒等雜質(zhì)，而且有的碳納米管形狀不規(guī)則，這些都降低了碳納米管的有效表面積，甚至使碳納米管相互團聚，影響了碳納米管的分散性。這些因素降低了碳納米管作為納米材料的優(yōu)越性能，影響了碳納米管的應(yīng)用。碳納米管之間有強烈的范德華力作用，使其相互纏繞，形成排列紊亂的束狀和膜狀結(jié)構(gòu)，并夾雜一些納米顆粒物。有機共價鍵化修飾主要是通過化學(xué)接枝的方法使碳納米管具有功能化的基團或者側(cè)鏈，使其達(dá)到溶解和分散的目的。通過強酸性溶液對碳納米管進行純化和表面修飾，能對碳管起到純化作用，使碳納米管能夠在聚合物中很好地分散。為提高納米填料和聚合物界面的結(jié)合強度以及填料在基體中的分散效果，原位聚合是一條制備聚合物基納米復(fù)合材料的有效途徑。該方法是利用碳納米管的表面官能團參與聚合，或利用引發(fā)劑打開碳納米管的兀鍵，從而獲得與聚合物的良好相容性。多壁碳納米管經(jīng)過強酸氧化處理，表面具有活性官能團。碳納米管的加入并未使聚合誘導(dǎo)期延長，但使體系粘度增加，自加速現(xiàn)象提早出現(xiàn)。本發(fā)明的碳納米管改性聚苯乙烯復(fù)合材料制備方法簡單，易于操作，制備的復(fù)合材料碳納米管分散性能良好，具有力`學(xué)性能優(yōu)異。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的說明。實施例一
按以下重量配比準(zhǔn)備原料苯乙烯100 ;碳納米管5 ;偶氮二異丁腈O. 05 ;濃硫酸60 ;濃硝酸180 ;去離子水100 ;過硫酸鉀O. 5 ;十二烷基硫酸鈉6 ；10%氫氧化鈉溶液10 ；
將碳納米管加入濃硫酸和濃硝酸的混合液中，超聲處理30min，用去離子水洗滌至中性，80°C烘箱中干燥24h;
將苯乙烯、碳納米管、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉混合均勻，加入10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH值到9，超聲處理30min，恒溫80°C，加入偶氮二異丁腈反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束離心分離至上層清夜加入甲醇無雜質(zhì)為止，產(chǎn)品50°C烘箱干燥24h。實施例二
按以下重量配比準(zhǔn)備原料苯乙烯100 ;碳納米管10 ;氧化苯甲酰O.1 ;濃硫酸70 ;濃硝酸210 ;去離子水120 ;過硫酸鉀O. 2 ;十二烷基硫酸鈉4 ；10%氫氧化鈉溶液12 ；
將碳納米管加入濃硫酸和濃硝酸的混合液中，超聲處理30min，用去離子水洗滌至中性，80°C烘箱中干燥24h;將苯乙烯、碳納米管、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉混合均勻，加入10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值到9,超聲處理30min,恒溫80°C,加入氧化苯甲酰反應(yīng)24h,反應(yīng)結(jié)束離心分離至上層清夜加入甲醇無雜質(zhì)為止，產(chǎn)品50°C烘箱干燥24h。實施例三
按以下重量配比準(zhǔn)備原料苯乙烯100 ;碳納米管12 ;氧化苯甲酰O. 12 ;濃硫酸80 ;濃硝酸240 ;去離子水200 ;過硫酸鉀O. 5 ;十二烷基硫酸鈉5 ；10%氫氧化鈉溶液15 ；
將碳納米管加入濃硫酸和濃硝酸的混合液中，超聲處理30min，用去離子水洗滌至中性，80°C烘箱中干燥24h;
將苯乙烯、碳納米管、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉混合均勻，加入10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值到9,超聲處理30min,恒溫80°C,加入氧化苯甲酰反應(yīng)24h,反應(yīng)結(jié)束離心分離至上層清夜加入甲醇無雜質(zhì)為止，產(chǎn)品50°C烘箱干燥24h。實施例四
按以下重量配比準(zhǔn)備原料苯乙烯100 ;碳納米管20 ;偶氮二異丁腈O. 2 ;濃硫酸65 ;濃硝酸195 ;去離子水160 ;過硫酸鉀O. 3 ;十二烷基硫酸鈉4 ；10%氫氧化鈉溶液16 ；
將碳納米管加入濃硫酸和濃硝酸的混合液中，超聲處理30min，用去離子水洗滌至中性，80°C烘箱中干燥24h;
將苯乙烯、碳納米管、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉混合均勻，加入10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH值到9，超聲處理30min，恒溫80°C，加入偶氮二異丁腈反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束離心分離至上層清夜加入甲醇無雜質(zhì)為止，產(chǎn)品50°C烘箱干燥24h。

實施例五
按以下重量配比準(zhǔn)備原料苯乙烯100 ;碳納米管8 ;偶氮二異丁腈O.1 ;濃硫酸60 ;濃硝酸180 ;去離子水150 ;過硫酸鉀O. 3 ;十二烷基硫酸鈉6 ；10%氫氧化鈉溶液20 ；
將碳納米管加入濃硫酸和濃硝酸的混合液中，超聲處理30min，用去離子水洗滌至中性，80°C烘箱中干燥24h;
將苯乙烯、碳納米管、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉混合均勻，加入10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH值到9，超聲處理30min，恒溫80°C，加入偶氮二異丁腈反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束離心分離至上層清夜加入甲醇無雜質(zhì)為止，產(chǎn)品50°C烘箱干燥24h。性能測試
(I)碳納米管分散性在Hltaeh1-800投射電子顯微鏡(TEM)上觀察，取少量氧化處理后的碳納米管(或復(fù)合材料)的水溶液滴在涂有碳膜的銅網(wǎng)上，干燥后用于觀察碳納米管的分散性。(2)力學(xué)性能按照GB1040-93測試?yán)煨阅?、GB/T1043-93測試沖擊強度。測試結(jié)果從電鏡照片可以看出碳納米管較均勻的分散在聚合物基體中，沒有發(fā)生團聚現(xiàn)象。復(fù)合材料的拉伸強度在25. 8 45. 4MPa，沖擊強度在13. 8 18. 7kJ/m2,說明材料的拉伸性能有較大的提高，抗沖擊強度較合適，力學(xué)性能有較大改善。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管改性聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟 (O按以下重量配比準(zhǔn)備原料苯乙烯100 ;碳納米管5 20 ;引發(fā)劑O. 05 O. 2 ;濃硫酸60 80 ;濃硝酸180 240 ;去離子水100 200 ;過硫酸鉀O.1 O. 5 ;十二烷基硫酸鈉3 6 ；10%氫氧化鈉溶液10 20 ; (2)將碳納米管加入濃硫酸和濃硝酸的混合液中，超聲處理30min，用去離子水洗滌至中性，80°C烘箱中干燥24h ； (3)將苯乙烯、碳納米管、過硫酸鉀、十二烷基硫酸鈉混合均勻，加入10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH值到9，超聲處理30min，恒溫80°C，加入引發(fā)劑反應(yīng)24h，反應(yīng)結(jié)束離心分離至上層清夜加入甲醇無雜質(zhì)為止，產(chǎn)品50°C烘箱干燥24h。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管改性聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述碳納米管為多壁碳納米管，外徑范圍為10 20nm,長度為5 15Mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管改性聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈或過氧化苯甲酰。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管改性聚苯乙烯復(fù)合材料的制備方法，主要由如下質(zhì)量份數(shù)的組分制成苯乙烯100；碳納米管5～20；引發(fā)劑0.05～0.2；濃硫酸60～80；濃硝酸180～240；去離子水100～200；過硫酸鉀0.1～0.5；十二烷基硫酸鈉3～6；10%氫氧化鈉溶液100～200。制備方法簡單，易于操作，制備的復(fù)合材料碳納米管分散性能良好，具有力學(xué)性能優(yōu)異。
文檔編號C08K3/04GK103059179SQ20121048005
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月23日
發(fā)明者高凡 申請人:高凡