[发明专利]一种碳纳米管/聚乳酸导电复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，更进一步说，是涉及一种碳纳米管/聚乳酸导电复合材料及制备方法。

背景技术

高分子材料通常作为绝缘材料在电气工业、安装工程、通讯工程等方面广泛使用，由于一般高分子材料的导电性能差，在加工和应用中出现一些亟待解决的问题，最突出的是静电现象，它使得高分子制品在易燃、易爆场合存在引起灾难性事故的潜在隐患，又例如导致感光胶片的性能下降，另外为了抵抗电磁干扰和射率干扰，也需解决材料的屏蔽性能，这些都要求聚合物材料具有新的导电功能及较低的表面电阻，从而促进导电及抗静电高分子材料的迅速发展。

聚乳酸(PLA)是一种性能优良的生物质高分子，有较好的力学性能、加工性能和生物相容性，被认为是最有发展前途的绿色无污染塑料。其广泛用于薄膜、容器、纺织、包装材料等通用材料领域，而且在生物医学工程方面如药物缓释材料、骨手术材料等也具有良好的应用前景。利用聚乳酸开发可生物降解的高分子材料是解决环境污染问题的有效途径之一。但聚乳酸材料本身属于绝缘材料，并存在脆性大、抗冲击性能差、耐热变形温度低和高气体渗透性等问题，因此，需要通过共混掺杂、交联共聚等方法赋予其电性能，并改善其使用性能。

碳纳米管是所谓的“分子纤维”，可以看成由单层或两层以上极细小的圆筒状石墨片而形成的无缝中空碳笼管，两端由富勒烯半球形端帽封口，主要可分为单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)两类，具有纳米级的结构和较大的长径比，此外，碳纳米管还具备超强的力学性能、电学性能、以及高温抗氧化性、热学稳定性、光学性能、磁学和电磁性质、化学和电化学性质等等，是应用于聚合物基复合材料的理想填料。

随着碳纳米管独特的结构和优越的性能逐渐被人们所认识，其实际应用已成为新的研究热点。如尼龙6/碳纳米管复合材料的研究已经取得一定成果，在PMMA或环氧树脂中添加碳纳米管可以明显提高材料的导电性能，将碳纳米管添加到PP中可大大改善其抗静电性能。目前，国内外已报道很多关于CNTs/PLA的相关研究。Song[Song WH,Zheng Z,Tang WL,Wang XL.A facile approach to covalently functionalized carbon nanotubes with biocompatible polymer.Polymer.2007,48,3658-3663.]等人利用原位聚合的方法成功制备了PLA接枝碳纳米管。Kuan[Chen-Feng Kuan,Hsu-Chiang Kuan,Chen-Chi M.Ma,et al.Mechanical and electrical properties of multi-wall carbonnanotube/poly(lactic acid)composit esJournal of Physics and Chemistry of Solids,2008,69,1395-1398.]等人将马来酸酐改性CNTs作为填料添加到低结晶度的PLA中，填料量仅为0.5wt％时材料表面电阻就能够降低13个数量级(5.46×10¹⁵to2.61×10²)。Villmow[Villmow T,P,Pegel S,L,Kretzschmar B.Influence of twin-screw extrusion conditions on the dispersion of multi-walled carbon nanotubes in a poly(lactic acid)matrix.Polymer.2008,49,3500-3509.]等研究了加工工艺对CNTs在PLA中分散性能的影响，结果表明两步法加工工艺能够降低材料逾渗值至0.5wt％。Rizvi[Rizvi R,Khan O,Naguib H.Development and characterization of solid and porous polylactide-multiwall carbon nanotube composites.Polymer engineering and science.2011,43-53.]等采用熔融共混的方法制备了CNTs/PLA实体和多孔两种复合材料，研究了材料的形态、流变性能和电性能，结果显示材料的逾渗值在0.5wt％～1.0wt％之间。Xu[Yihui Xu,Qifang Li,Da Sun,et al.A Strategy To Functionalize the Carbon Nanotubes and theNanocomposites Based on Poly(L-lactide).Ind.Eng.Chem.Res.2012,51,13648-13654.]等利用PBA对CNTs进行功能化改性并采用溶液法制备了MWNTs-PBA/PLA复合材料，当CNTs添加量达到逾渗值1.51％时材料的电阻率降低10个数量级。