[发明专利]一种碳纳米管/聚烯烃导电复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，进一步地说，是涉及一种碳纳米管/聚烯烃导电复合材料及制备方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)于1991年被日本NEC公司的Iijima[Iijima S.Helical microtubles of graphitic carbon.Nature.1991，354：56-58]首次发现，它是一种新型的碳结构，可看作是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的无缝中空管结构，两端由富勒烯半球形端帽封口。CNTs具有优异的机械力学性能、良好的导电性能和导热性能，还能呈现出优良的场致发射特性、储氢、吸波等特性，因此在物理、化学、材料等各领域受到广泛关注。

1994年Ajayan[Ajayan PM.，Stephan O，Colliex C and Trauth D.Aligned carbon nanotube arrays formed by cutting a polymer resin-nanotube composite.1994，265：1212-1214]将CNTs作为无机填料与聚合物复合，从此开启了CNTs/聚合物复合材料的新时代。CNTs具有非常大的长径比，作为理想的一维增强、导电和导热填料，它不仅能够赋予复合材料优异的力学性能，还可使其具有较好的导电性、导热性，以及光学、吸波等特殊功能。聚烯烃是目前应用最广泛的高聚物材料，近年来，CNTs填充聚烯烃复合材料也成为功能材料领域的研究热点，并已取得一些令人瞩目的成果。CNTs/聚烯烃复合材料的制备方法主要有机械共混、溶液共混和熔融共混等。研究发现，当CNTs与聚烯烃分子链有化学键作用或在聚烯烃基体中发生取向时(熔融纺丝或拉伸)，可明显提高复合材料的力学性能；CNTs可提高聚烯烃的导电性，使其由绝缘材料转变为半导体材料，单壁碳纳米管(SWNTs)比多壁碳纳米管(MWNTs)能更有效的提高复合材料的电性能，所得复合材料的逾渗值可在1wt％以下，而不同方法制备的MWNTs填充聚烯烃复合材料的逾渗值在1～5wt％之间；CNTs对聚烯烃的热稳定性、热导率等也有一定影响。

目前，涉及CNTs/聚烯烃导电复合材料的相关专利中，制备方法主要有原位聚合法(专利CN1640923A)、溶液共混法(CN101717540A、CN101570609)、熔融共混法(专利CN1834143A、CN1670070A)等。原位聚合和溶液共混的方法CNTs在基体中的分散性较好，添加量较少时就可使材料的电性能得到较大改善，但操作过程复杂，且溶液共混法不能实现大量连续的生产；而熔融共混法操作相对简单，可实现大批量连续生产，但CNTs在基体中易发生团聚，实现有效分散困难，因此CNTs的添加量相对较多，提高了成本；很多制备方法中，CNTs需要进行表面改性或是与其他导电填料配合使用，更使其制备过程复杂化。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种碳纳米管/聚烯烃导电复合材料及制备方法。选用两种不同的聚烯烃共混物作为基体，碳纳米管选择性分布于其中一相，在其中相互搭接形成网络，可有效降低碳纳米管的添加量，制备过程简单，较少的添加量就能较大提高材料的导电性，可实现大量连续生产。

本发明的目的之一是提供一种碳纳米管/聚烯烃导电复合材料。

包括熔融共混的以下组分：

聚烯烃树脂①和聚烯烃树脂②     100重量份

碳纳米管                       0.5～4重量份，优选1～3重量份；

所述聚烯烃树脂①为聚丙烯(PP)，聚烯烃树脂②为高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)中的一种，聚烯烃树脂①和聚烯烃树脂②的重量比为(90～50)∶(10～50)；优选为(70～50)∶(30～50)；

所述碳纳米管是未经任何表面处理的单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，其长径比不限；

可以在配方中加入本领域常用的抗氧剂，如：位阻酚类、磷酸酯类、亚磷酸酯类的一种或几种，可优选四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯和三(2，4-二叔丁基)亚磷酸苯酯的组合，二者的重量比为(2∶1)～(1∶2)，抗氧剂的用量为常规用量，可优选0.3～0.6重量份。

也可以加入分散剂，可选用本领域内通常的分散剂，如白油、硬脂酸、聚乙烯蜡等，优选白油，其用量为常规用量，可优选0.1～5重量份，更优选0.2～2重量份。