[发明专利]包覆型导电纳米材料、导电纳米复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米材料领域，尤其涉及一种包覆型导电纳米材料及其制备方法、该导电纳米材料的复合材料及其制备方法。

背景技术

导电粉体为塑料、涂料、纤维、陶瓷等制备过程的一种功能性填料，赋予其抗静电、电磁屏蔽等性能。目前，常用的导电粉体为金属系粉体、碳系粉体、掺杂后的金属氧化物粉体（ATO、ITO、导电氧化锌等）和导电高分子。金属粉体导电性较强，但价格昂贵、易氧化、耐腐蚀性差，且金属导电粉密度大，易沉底结块因而在基体中分散性不好。碳系导电粉体导电性及稳定性较好，但较难均匀分散、高温抗氧化性不强、制品颜色局限。掺杂后的金属氧化物粉体导电性好，且具有良好的耐候性、化学稳定性以及抗辐射、红外吸收性，但是价格昂贵，分散性差。导电高分子质轻、环境稳定性好、结构可设计、电导率可调，但是价格高、相容性差。

目前，碳纳米材料具有独特的低维结构和奇异的电学、力学、机械特性以及量子尺寸效应，使其具有众多优异性能，可作为新型的导电材料使用。Takahiro Kitano 等利用展开/包覆技术制备了碳纳米管透明导电薄膜。石墨烯具有高强度、高导电率、高比表面积，用石墨烯对聚合物材料进行改性可得到高性能的聚合物基复合材料。Sasha S等对石墨烯接枝，再与聚苯乙烯共混制备出聚合物基／石墨烯复合材料，接枝后的石墨烯能均匀地分散在聚苯乙烯基体中，并且石墨烯含量为2．5％(体积分数)的聚苯乙烯／石墨烯复合材料的导电率达到1S／m左右，具有很好的的电导率（见Nature，2006，442 (20)：282）。然而由于碳纳米材料的颗粒较小、比表面积大、表面能高、容易团聚，需要超声波、球磨以分散颗粒，中国专利CN200410021990.3和CN200410040704.8公开了一种碳纳米管的复合导电粉体的制备方法，采用超声、过滤、化学气相沉积技术，步骤相对繁琐，还需要消耗昂贵的表面活性剂，难以工业化扩大生产。

因此有必要提供一种更为简单的生产工艺，使碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料既具有良好的导电性能、稳定性、耐腐蚀性，又有很好的分散性适合工业化生产，由此得到更理想的导电粉体。

发明内容

本发明的目的在于克服上述问题，提供一种导电性和颗粒分散性良好、成本低、适用于工业化生产的包覆型导电纳米材料及其制备方法，其中导电纳米材料是指碳纳米材料。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：包覆型导电纳米材料的制备方法，其特征在于：通过机械超剪切方法在矿粉填料表面包覆一层导电碳纳米材料。

进一步地，包覆型导电纳米材料的制备方法包括如下具体步骤（1）将导电碳纳米材料和矿粉填料按比例混合；（2）将（1）所得混合物放入高剪切分散机，使料层承受巨大的冲击、压缩、剪切力并产生局部高温，两种材料融合成颗粒，颗粒变为球形，从而形成了包覆型导电纳米材料。

更具体地，将导电碳纳米材料和矿粉填料按比例混合，通过高剪切分散机的桶形承料转子高速旋转，使料层通过转子和圆形定子之间的窄小间隙，使料层承受巨大的冲击、压缩、剪切力并产生局部高温，形成局部等离子体，使两种材料融合在一起，子颗粒融合在大颗粒上，同时颗粒发生变形向球形发展，从而形成了包覆型导电纳米材料。

又进一步地，所述的矿粉填料包括滑石粉、碳酸钙、高岭土或膨润土等普通矿粉的一种或几种，莫式硬度为1-3。

又进一步地，所述的导电碳纳米材料为碳纳米管或石墨烯等碳纳米材料。

又进一步地，矿粉填料和导电碳纳米材料的粒径比为10:1-50:1。

本发明的包覆型导电纳米材料由上述包覆型导电纳米材料的制备方法制得。   

本发明使用简单的机械超剪切方法，通过桶形承料转子高速旋转产生冲击、剪切力和局部高温，使矿粉填料和导电碳纳米材料融合并形成圆形颗粒，即制得包覆型导电纳米材料。与现有的超声、过滤、化学气相沉积方法相比，工艺简单、适合工业生产、成本低廉且能获得导电性、分散性好的包覆型导电纳米材料。

本发明的另一个目的是以本发明的包覆型导电纳米材料为基础，以热塑性塑料为基材，添加其它助剂制得导电或抗静电特性好、物理力学性能（如稳定性、耐腐蚀性）优异的包覆型导电纳米材料的复合材料。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：包覆型导电纳米材料的复合材料，其特征在于：由以下重量配比的原料制备成： 

热塑性塑料            38-90%；

填料                 ０-30%；

增韧剂                5-25%；