[发明专利]用于生产导电聚合物复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种用于生产基于热塑性聚合物和碳纳米管的具有减 少的表面电阻的导电聚合物复合材料的方法，其中将碳纳米管聚合物熔 体混合物分散在双轴螺杆挤出机中并且然后挤出。碳纳米管在下文中简 称为“CNT”。

一种可比较的方法原则上从WO2005/014259A1中获知。根据该文 献，将CNT聚合物混合物以间歇操作在具有同向运行(gleichlaufend)的 圆锥形轴和回流槽的微型双螺杆挤出机中混合，并且在多次通过挤出机 之后挤出。该工艺仅适用于实验室规模操作，加工的量为4-15克。按比 例增大至工业规模(即每小时数吨范围的产量)不可能或者至少极其困 难，因为所基于的装置并不适用于连续大规模操作。在该情形中，CNT 的分散主要通过流动力进行。

在WO2001/092381A1中描述了一种方法，其中制得CNT聚合物混 合物，通过流动力进行CNT在聚合物熔体中的分散。该工艺可以在挤 出机、流变仪或纤维纺丝机中实施。

形成本发明基础的目的是使例如根据WO2006/050903A2得到的具 有0.5-2mm平均直径的高度卷绕的CNT附聚物(Agglomerate)通过催化 气相沉积分散在聚合物熔体中，并且隔开CNT，使它们以使得CNT在 聚合物中形成三维导电网络的方式均匀分布在聚合物中。特别地，该工 艺将适用于被简称为MWNT的多壁碳纳米管(Multiwalled Carbon Nanotube)的分散。此外，该方法将能够毫无任何问题地被改变到(用于) 工业规模生产，即将能够按比例扩大至数吨规模的大产量。

根据本发明，从引言中描述的方法出发，按照以下方式则实现了该 目的：将固相的热塑性聚合物与碳纳米管(CNT)一起送入具有非圆锥 形轴的双轴共旋转双螺杆挤出机(doppelwellig GleichdrallSchneckenextruder)或环形挤出机(Ringextruder)或行星齿轮 挤出机(Planetwalzenextruder)或双向捏合机(Ko-Kneter)的主进料处，并且 通过固体之间的摩擦作用使CNT预分散在进料区中，形成固体混合物， 并且使一种或多种所述聚合物在下游熔融区中熔融以及在该熔融区中 主要在流动力作用下使CNT进一步分散，并且在另外的区中均匀分布 在聚合物熔体中。

如W02001/092381A1中所述的单独通过施加流动力来分散MWNT 并不成功用于由催化气相方法得到的MWNT。

在优选的方法中，将螺杆挤出机中的比机械能输入(spezifische mechanisch Energieeintrag)调节至0.1kWh/kg-1kWh/kg，优选 0.2kWh/kg-0.6kWh/kg范围的值，并且将最小停留时间调节至6秒-90秒， 优选8秒-30秒范围的值。

本来预计，随着能量输入增加，尽管CNT将更有效地隔开，然而， CNT的长度将不断降低。由于根据普通的理论考虑，导电率随着减小的 长/径比(L/D比例)而降低-对于恒定的CNT含量和分散度而言-随着能 量输入的增加，导电率将首先由于CNT更好的隔开而升高，但然后将 由于减小的CNT的L/D比例而再次下降。然而，惊奇地发现即使采用 高的能量输入，导电率也不会再次下降。

根据本发明的方法具有这样的优点：可以在工业规模上以经济有效 的方式制得CNT均匀分布在聚合物基质中并且具有高导电率、高导热 率和非常好的机械性能的CNT聚合物复合材料。

优选地，在本新方法中使用多壁碳纳米管。

特别优选地，使用具有大于5，优选大于100的长度/外径比的碳纳 米管。

碳纳米管特别优选以附聚物的形式使用，附聚物特别地具有 0.5-2mm的平均直径。另一个优选方法的特征在于碳纳米管具有 3-100nm，优选3-80nm的平均直径。

从WO2006/050903A2中已知的CNT特别优选用于本新方法中。