專利名稱：一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電納米復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
由于塑料的大量生產(chǎn)和應(yīng)用及本身的不可降解性，使得廢棄于環(huán)境中的塑料廢棄物、殘膜與日俱增。廢棄塑料對于環(huán)境污染的嚴(yán)重性已引起社會(huì)公眾的廣泛關(guān)注。因此。開展完全可降解包裝材料的研究已成為重中之重。聚乙烯醇(PVA)能被微生物分解為二氧化碳和水，降解快速、無毒、徹底，是新一代環(huán)境友好型塑料薄膜材料，可以徹底解決包裝廢棄物的處理問題，而且在透明度、光澤、抗靜電性、透濕性、耐油性、強(qiáng)韌性等方面都優(yōu)于常用的聚烯烴，同時(shí)具有良好的水溶性，PVA越來越多地被用作薄膜和纖維材料。PVA的介電常數(shù)比一般用作絕緣材料的塑料都高，容易因摩擦產(chǎn)生電荷累積而帶靜電；當(dāng)靜電壓增高至一定程度時(shí)，會(huì)造成放電現(xiàn)象，使這些PVA制品與異物接觸時(shí)常會(huì)因靜電或放電而造成傷害。為克服PVA材料因產(chǎn)生靜電所造成的問題，最有效的方法就是將其導(dǎo)電化。賦予高分子材料導(dǎo)電功能的方法有很多:合成本征型導(dǎo)電高分子、在高分子材料表面涂覆導(dǎo)電涂料、表層貼金屬箔或表層鍍金屬等，其中將導(dǎo)電填料以不同的方式和加工工藝均勻分布到聚合物基體中是制備導(dǎo)電復(fù)合材料是最常見的一種方式。由于此種制備導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的方法可以在很大范圍內(nèi)根據(jù)使用要求調(diào)節(jié)材料的電學(xué)和力學(xué)性能，質(zhì)量輕、易加工成型、成本低、技術(shù)成熟，因而近些年來得到了迅速的發(fā)展。碳納米管(CNTs)是由碳六元環(huán)組成的類似于石墨的平面，按一定方式卷曲而成的納米級(jí)管狀結(jié)構(gòu)。碳納米管又可分為單壁碳納米管(SWNTs)和多壁碳納米管(MWNTs)兩大類。CNTs的諸多優(yōu)異性能使其在復(fù)合材料中起到了多方面的作用:超強(qiáng)的力學(xué)性能可以極大地改善復(fù)合材料的強(qiáng)度·和韌性；獨(dú)特的導(dǎo)電和光電性能可以改善聚合物材料的電導(dǎo)率和制備新型的光電聚合物復(fù)合材料。碳納米管填充聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料的研究已成為碳納米管應(yīng)用研究的重要方向。用CNTs改善聚合物復(fù)合材料的性能，可以進(jìn)一步擴(kuò)展聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域，具有重要的實(shí)際應(yīng)用和理論意義。CNTs作為增強(qiáng)增韌劑添加到PVA基體中，可以將CNTs優(yōu)良的力學(xué)和電學(xué)性能與PVA的水溶性、成膜性等性能結(jié)合起來，是制備CNTs復(fù)合材料的有效途徑。但是，無論CNTs有多大的使用潛能，由于其自身極差的分散性和加工性能，嚴(yán)重阻礙了它在更深層次的應(yīng)用。為解決此問題，人們采取了各種措施加以改善，如專利200610052222.3將膽堿鹽和碳納米管在水中攪拌形成懸浮液，然后加入聚乙烯醇水溶液，充分?jǐn)嚢韬蟮谷肽＞哒舭l(fā)得到復(fù)合材料。專利200910053649.9將非離子表面活性劑的水溶液與碳納米管混合后溶入聚乙烯醇得到紡絲原液。專利200910068001.9將聚乙烯醇溶于水中，加入十二烷基硫酸鈉和碳納米管的懸浮液，混合均勻后在玻璃底板上刮制成膜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料的制備方法雖然都改善了碳納米管在聚乙烯醇中的分散，但是均采用溶液成型的方式，這種溶液加工的方式需要經(jīng)歷溶解和干燥的過程，因此工藝復(fù)雜、工序多，成本高，產(chǎn)量低，而且薄膜質(zhì)量不穩(wěn)定。本發(fā)明提供一種熔融加工制備碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(1)將20-80重量份的碳納米管加入到300-400重量份的增塑劑中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為20-200kHz條件下處理10-150分鐘，得到含有碳納米管的增塑劑；
(2)將500-800重量份的聚乙烯醇置于高速混合機(jī)中，攪拌升溫至50-70°C，加入步驟(I)中的含有碳納米管的增塑劑，保溫30-60分鐘，然后加入30-50重量份的流動(dòng)促進(jìn)劑，攪拌10-30分鐘，得到預(yù)混料；
(3)將步驟(2)中的預(yù)混料在溫度為140-190°C的條件下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為100-300轉(zhuǎn)/分，得到碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料。所述步驟(I)中碳納米管為單臂碳納米管、多臂碳納米管中的至少一種。所述步驟(I)中增塑劑為丙三醇或聚乙二醇中的至少一種，丙三醇或聚乙二醇的分子量小于400。

所述步驟(2)中聚乙烯醇為PVA1788、PVA2488、PVA0588中的至少一種，聚乙烯醇為粉末，目數(shù)為100-400目。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明將碳納米管分散在液體增塑劑中，然后將聚乙烯醇粉末和分散有碳納米管的液體增塑劑進(jìn)行預(yù)混，并通過擠出機(jī)熔融造粒，制備碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料。由于在造粒之前就將碳納米管分散在增塑劑中，減少了碳納米管之間的相互作用，因此碳納米管在聚乙烯醇基體中均勻分散，可以獲得導(dǎo)電性能良好的碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合材料。本發(fā)明省去的溶液加工的溶解和干燥的過程，制備方法可連續(xù)化生產(chǎn)、產(chǎn)量高、成本低廉、簡單方便。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(1)將20克單臂碳納米管加入到300克增塑劑丙三醇中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為20kHz條件下處理150分鐘，得到含有碳納米管的增塑劑；
(2)將500克聚乙烯醇PVA1788置于高速混合機(jī)中，攪拌升溫至50°C，加入步驟(I)中的含有碳納米管的增塑劑，保溫30分鐘，然后加入30克流動(dòng)促進(jìn)劑硬脂酸鋅，攪拌10分鐘，得到預(yù)混料；
(3)將步驟(2)中的預(yù)混料在溫度為140°C的條件下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分，得到碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料。實(shí)施例2
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(I)將80克多臂碳納米管加入到400克增塑劑聚乙二醇中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為200kHz條件下處理150分鐘，得到含有碳納米管的增塑劑；
(2)將800克聚乙烯醇PVA0588置于高速混合機(jī)中，攪拌升溫至70°C，加入步驟(I)中的含有碳納米管的增塑劑，保溫60分鐘，然后加入50克流動(dòng)促進(jìn)劑硬脂酸鎂，攪拌10-30分鐘，得到預(yù)混料；
(3)將步驟(2)中的預(yù)混料在溫度為190°C的條件下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分，得到碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料。實(shí)施例3
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(1)將30克單臂碳納米管和30克多臂碳納米管加入到400克增塑劑聚乙二醇中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為1800kHz條件下處理100分鐘，得到含有碳納米管的增塑劑；
(2)將200克聚乙烯醇PVA1788、200克聚乙烯醇PVA2488和200克聚乙烯醇PVA0588置于高速混合機(jī)中，攪拌升溫至60°C，加入步驟(I)中的含有碳納米管的增塑劑，保溫50分鐘，然后加入40克流動(dòng)促進(jìn)劑硬脂酸鎂，攪拌20分鐘，得到預(yù)混料；
(3)將步驟(2)中的預(yù)混料在溫度為160°C的條件下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，得到碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料。實(shí)施例4
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下: (1)將50克多臂碳納米管加入到350克增塑劑聚乙二醇中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為150kHz條件下處理120分鐘，得到含有碳納米管的增塑劑；
(2)將600克聚乙烯醇PVA2488置于高速混合機(jī)中，攪拌升溫至60°C，加入步驟(I)中的含有碳納米管的增塑劑，保溫40分鐘，然后加入35克流動(dòng)促進(jìn)劑硬脂酸鈣，攪拌20分鐘，得到預(yù)混料；
(3)將步驟(2)中的預(yù)混料在溫度為160°C的條件下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分，得到碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料。實(shí)施例5
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(1)將30克的單臂碳納米管加入320克丙三醇中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為IOOkHz條件下對上述含有碳納米管的溶液進(jìn)行60分鐘超聲波分散的處理，使碳納米管在超聲波的作用下均勻分散；
(2)將600克200目的聚乙烯醇1788粉末置于高速混合機(jī)中，攪拌并升溫至70°C時(shí)將以上步驟得到的含有碳納米管的增塑劑緩慢加入，繼續(xù)保溫50分鐘使聚乙烯醇粉末充分吸收增塑劑。將硬脂酸鈣50克投入到高速混合機(jī)中，繼續(xù)攪拌30分鐘，出料，將所得預(yù)混料在溫度180°C下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分；
(3)將粒料在真空烘箱干燥，并經(jīng)注塑機(jī)中注射成型，獲得碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合試樣,試樣中碳納米管含量為3%，電導(dǎo)率為1(T6 S/cm。實(shí)施例6
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(I)將50克的單臂碳納米管加入300克丙三醇中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為200kHz條件下對上述含有碳納米管的溶液進(jìn)行60分鐘超聲波分散的處理，使碳納米管在超聲波的作用下均勻分散；
(2)將670克100目的聚乙烯醇0588粉末置于高速混合機(jī)中，攪拌并升溫至70°C時(shí)將以上步驟得到的含有碳納米管的增塑劑緩慢加入，繼續(xù)保溫50分鐘使聚乙烯醇粉末充分吸收增塑劑。將硬脂酸鈣30克投入到高速混合機(jī)中，繼續(xù)攪拌30分鐘，出料，將所得預(yù)混料在溫度170°C下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為150轉(zhuǎn)/分。(3)將粒料在真空烘箱干燥，并經(jīng)注塑機(jī)中注射成型，獲得碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合試樣，試樣中單臂碳納米管含量為5%,電導(dǎo)率為1(T4 S/cm。實(shí)施例7
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(1)將67.5克的單臂碳納米管加入200克丙三醇及182.5克聚乙二醇200中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為200kHz條件下對上述含有碳納米管的溶液進(jìn)行60分鐘超聲波分散的處理，使碳納米管在超聲波的作用下均勻分散；
(2)將600克150目的聚乙烯醇0588粉末置于高速混合機(jī)中，攪拌并升溫至70°C時(shí)將以上步驟得到的含有碳納米管的增塑劑緩慢加入，繼續(xù)保溫60分鐘使聚乙烯醇粉末充分吸收增塑劑。將硬脂酸鈣30、硬脂酸鋅20克克投入到高速混合機(jī)中，繼續(xù)攪拌20分鐘，出料，將所得預(yù)混料在溫度170°C下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分；
(3)將粒料在真空烘箱干燥，并 經(jīng)注塑機(jī)中注射成型，獲得碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合試樣，試樣中單臂碳納米管含量為6.75%，電導(dǎo)率為10_3 S/cm。實(shí)施例8
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(1)將20克的多臂碳納米管加入200克丙三醇及200克聚乙二醇200中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為80kHz條件下對上述含有碳納米管的溶液進(jìn)行60分鐘超聲波分散的處理，使碳納米管在超聲波的作用下均勻分散；
(2)將530克400目的聚乙烯醇2488粉末置于高速混合機(jī)中，攪拌并升溫至80°C時(shí)將以上步驟得到的含有碳納米管的增塑劑緩慢加入，繼續(xù)保溫40分鐘使聚乙烯醇粉末充分吸收增塑劑。將硬脂酸鈣30、硬脂酸鋅20克克投入到高速混合機(jī)中，繼續(xù)攪拌20分鐘，出料，將所得預(yù)混料在溫度210°C下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分；
(3)將粒料在真空烘箱干燥，并經(jīng)注塑機(jī)中注射成型，獲得碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合試樣，試樣中單臂碳納米管含量為2%，電導(dǎo)率為l(T7S/cm ；
實(shí)施例9
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(1)將40克的多臂碳納米管加入355克丙三醇中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為80kHz條件下對上述含有碳納米管的溶液進(jìn)行30分鐘超聲波分散的處理，使碳納米管在超聲波的作用下均勻分散；
(2)將300克200目的聚乙烯醇0588粉末與260克聚乙烯醇1788粉末置于高速混合機(jī)中，攪拌并升溫至70°C時(shí)將以上步驟得到的含有碳納米管的增塑劑緩慢加入，繼續(xù)保溫50分鐘使聚乙烯醇粉末充分吸收增塑劑。將硬脂酸鈣30克、硬脂酸鋅15克投入到高速混合機(jī)中，繼續(xù)攪拌30分鐘，出料，將所得預(yù)混料在溫度180°C下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分；
(3)將粒料在真空烘箱干燥，并經(jīng)注塑機(jī)中注射成型，獲得碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合試樣，試樣中多臂碳納米管含量為4%，電導(dǎo)率為1(T6 S/cm。 實(shí)施例10
一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下:
(1)將80克的多臂碳納米管加入400克丙三醇中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為200kHz條件下對上述含有碳納米管的溶液進(jìn)行60分鐘超聲波分散的處理，使碳納米管在超聲波的作用下均勻分散；
(2)將200克100目的聚乙烯醇0588粉末與270克聚乙烯醇1788粉末置于高速混合機(jī)中，攪拌并升溫至70°C時(shí)將以上步驟得到的含有碳納米管的增塑劑緩慢加入，繼續(xù)保溫50分鐘使聚乙烯醇粉末充分 吸收增塑劑。將硬脂酸鈣30克、硬脂酸鎂20克投入到高速混合機(jī)中，繼續(xù)攪拌30分鐘，出料，將所得預(yù)混料在溫度190°C下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分；
(3)將粒料在真空烘箱干燥，然后用平板硫化床熱壓成型，獲得碳納米管/聚乙烯醇復(fù)合試樣,試樣中多臂碳納米管含量為8%，電導(dǎo)率為1(T2 S/cm。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，它的步驟如下:(1)將20-80重量份的碳納米管加入到300-400重量份的增塑劑中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為20-200kHz條件下處理10-150分鐘，得到含有碳納米管的增塑劑；(2)將500-800重量份的聚乙烯醇置于高速混合機(jī)中，攪拌升溫至50-70°C，加入步驟(I)中的含有碳納米管的增塑劑，保溫30-60分鐘，然后加入30-50重量份的流動(dòng)促進(jìn)劑，攪拌10-30分鐘，得到預(yù)混料； (3)將步驟(2)中的預(yù)混料在溫度為140-190°C的條件下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為100-300轉(zhuǎn)/分，得到碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中碳納米管為單臂碳納米管、多臂碳納米管中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(I)中增塑劑為丙三醇或聚乙二醇中的至少一種，丙三醇或聚乙二醇的分子量小于400。
4.據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中聚乙烯醇為PVA1788、PVA2488、PVA0588中的至少一種，聚乙烯醇為粉末，目數(shù)為100-400目。
5.據(jù)權(quán)利要求1所述的碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述步驟(2)中流動(dòng)促進(jìn)劑為硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它的步驟如下(1)將20-80重量份的碳納米管加入到300-400重量份的增塑劑中，用超聲波分散設(shè)備在超聲波分散頻率為20-200kHz條件下處理10-150分鐘，得到含有碳納米管的增塑劑；(2)將500-800重量份的聚乙烯醇置于高速混合機(jī)中，攪拌升溫至50-70℃，加入步驟(1)中的含有碳納米管的增塑劑，保溫30-60分鐘，然后加入30-50重量份的流動(dòng)促進(jìn)劑，攪拌10-30分鐘，得到預(yù)混料；(3)將步驟(2)中的預(yù)混料在溫度為140-190℃的條件下通過雙螺桿擠出機(jī)熔融造粒，雙螺桿擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為100-300轉(zhuǎn)/分，得到碳納米管/聚乙烯醇導(dǎo)電復(fù)合材料。本發(fā)明省去的溶液加工的溶解和干燥的過程，制備方法可連續(xù)化生產(chǎn)、產(chǎn)量高、成本低廉、簡單方便。
文檔編號(hào)C08K7/00GK103232661SQ20131019450
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月23日
發(fā)明者潘瑋, 趙堯敏, 張留學(xué), 孫亞麗, 曲良俊, 裴海燕, 蘇朝化 申請人:中原工學(xué)院