[发明专利]含碳纳米管的掺混改善碳复合物及其连续制备方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管复合材料及其制备方法，更具体地涉及通过在亚临界或超临界条件下处理含有碳纳米管、至少一种除碳纳米管以外的碳化合物和分散介质的混合物以增强互容性而获得的碳纳米管复合材料，及其连续制备方法。

背景技术

自1991年首次发现碳纳米管(CNTs)的结构以来，已经对CNTs的合成、物理特性和应用进行了深入研究。此外，发现CNTs是通过在放电期间添加诸如Fe、Ni或Co的过渡金属制备的。自1996年用激光蒸发法制成大量样品以来，对CNTs的研究已经广泛开展。这样的CNTs具有球状缠绕在纳米级直径石墨表面的中空管式形状。由此根据石墨表面这种缠绕的角度和结构，从电学上将CNTs表征为导体或半导体。此外，根据石墨壁的数量，将CNTs分为单壁碳纳米管(SWCNTs)、双壁碳纳米管(DWCNTs)、薄多壁碳纳米管、多壁碳纳米管(MWCNTs)和绳状碳纳米管。

特别地，CNTs具有优异的机械强度和弹性，有化学稳定性和生态友好性，并且显示出导电或半导电的特性。此外，CNTs的直径为1nm至几十纳米，长度为几微米至几十微米。因此，CNTs的长径比为约1000，因此大于任何已知材料。此外，CNTs具有非常大的比表面积，因此在下一代信息电子材料、高能效材料、高功能复合材料和生态友好型材料领域作为引领21世纪的先进材料备受瞩目。

目前，这种CNTs不仅在聚合物中也在诸如陶瓷、金属等的其它基质材料中被用作导体和增强材料。在这些情况下，目前已经对CNTs在这类应用中的使用进行了积极研究。具体地，当将CNTs用作改善基质材料如聚合物的某些物理特性、包括电导率的材料时，为了解决单独使用原始材料(CNTs)的成本高和分散性差的问题，已经做出许多尝试，通过将CNTs与其它材料混合而获得作为高附加值材料的高传导复合材料。

韩国专利No.706652公开了导电热塑性树脂组合物，其含有80-99重量份的热塑性树脂；0.1-10重量份的CNTs；和0.1-10重量份的有机纳米粘土。

此外，韩国专利申请No.2006-52657公开了一种组合物，其含有：99.6-10重量份的热塑性树脂；0-50重量份的至少一种橡胶弹性体；0.2-10.0重量份的碳纳米纤维；0.2-10.0重量份的至少一种微粒碳化合物，优选炭黑或石墨粉；和0-50重量份的至少一种填充剂和/或增强剂。

但是，以上组合物仍然存在问题，其中CNTs没有良好分散于基质中以实现功能最大化，而所产生的复合材料的互容性太低而不能形成导电通路。因此，为了获得所需的传导程度，使用了不希望的大量CNTs和复合材料，导致基质的物理特性退化。

发明内容

技术问题

本发明一个目的是提供碳纳米复合材料，其通过在亚临界或超临界条件下，处理含有碳纳米管、至少一种除碳纳米管以外的碳化合物和分散介质的混合物以增强相容性或分散性而获得，因此在基质中即使少量添加也显示出优异的分散性和传导性，本发明还提供其制备方法。

技术方案

在一个一般方面，提供了通过在50-400atm的亚临界或超临界条件下处理含有碳纳米管、至少一种除碳纳米管以外的碳化合物和分散介质的混合物而获得的碳纳米管复合材料，及其制备方法和装置。本文公开的碳纳米管复合材料及其制备方法包括在亚临界或超临界条件下的处理以增强互容性和结合力。因此，可以提供具有优异的分散性和改善的传导性的碳纳米管复合材料。

更具体地，该混合物经过亚临界或超临界条件下的处理而具有改善的互容性和分散性。此外，当该处理进一步包括氧化剂时，该氧化剂可以均匀渗透入混合物的粒子，从而使得在均匀浓度下进行表面氧化。此外，在氧化剂的存在下，亚临界或超临界处理可改善氧化剂的渗透能力，从而使氧化可以更均匀且更迅速地进行。因此，本文公开的碳纳米管复合材料借助氧化可以提供进一步改善的相互结合力和相容性。具有改善的互容性的碳纳米管复合材料是有益的，即使在基质如聚合物中少量添加也能显示出优异的传导性和分散性。以下将更详细阐明该碳纳米管复合材料。

发明的有益效果

本文公开了碳纳米管复合材料及其制备方法，包括在亚临界或超临界条件下进行处理以增强互容性、分散性和结合力。因此，可以提供具有优异的分散性和改善的传导性的碳纳米管复合材料。此外，该碳纳米管复合材料通过具有易操作性且便于废水处理的装置，进一步使用无害氧化剂以连续方式而获得，因此，可以进一步改善互容性、分散性和结合力。