[发明专利]基于碳纳米管及石墨烯复配体系的聚烯烃基导电母粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子领域，具体涉及一种基于碳纳米管及石墨烯的复配体系的聚烯烃基材的导电母粒及其制备方法。

背景技术

聚烯烃作为通用塑料，以产量大，性能良好及低廉的价格而得到广泛应用 。 然而由于其表面能低，分子呈化学惰性，导致其粘合性，润湿性，印染性，气体渗透性，抗静电性以及与其它极性聚合物、无机填料等的相容性差。这些缺点制约了聚乙烯的进一步应用。特别是聚烯烃材料经常用于包装行业，但聚烯烃的绝缘性会导致包装材料表面积累的静电荷无法得到释放，进而形成静电压，容易吸附灰尘等污物，静电电压达到一定程度后，会产生静电放电（ESD）与电击现象。特别在电子行业中，各种精密仪器和精密电子元件会由于静电击穿而损坏甚至报废，另外，在一些接触易燃易爆物的工矿企业中，静电放电如果得不到有效的防护，会产生更严重的后果，一旦出现事故可能就会危及现场工人的生命，并造成重大的经济损失。

于是人们开始研究如何改善塑料的抗静电性能。目前主要有两种方法，一种是聚合阶段，引入共轭结构，形成导电通路，而改善静电耗散；另一种则是与导电的助剂复合，即制备复合型抗静电塑料。导电助剂有无机与有机结构：有机导电剂与塑料的相容性优异，但也存在一些去点，比如碘掺杂的聚乙炔的在空气中暴露1000 h后，其抗静电率会下降一个数量级，而碘掺杂的聚苯乙炔在空气中暴露250 h后，其基本失去抗静电性；无机导电助剂一般是通过分散在塑料中，形成贯穿/半贯穿结构，得到的导电、抗静电复合材料，存在一个致命缺点，即分散性差，特别是纳米结构的碳纳米管和石墨烯。

作为目前发现的导电导热性能最强的新型纳米材料，在塑料里掺入少量的碳纳米管和石墨烯，理论上能使塑料具备良好的抗静电性；但是碳材料由于表面惰性和片层之间具有很强的范德华力，因此分散极为困难。如何在复合材料中有效分散碳材料成为了抗静电甚至导电材料研究的一个热点，现有技术对此并没有有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的就是为了针对现有技术中抗静电复合材料中的上述问题，难以满足更高要求场合的需求和稳定性的需求，而提出一种简单有效，基于碳纳米管及石墨烯的复配体系的聚烯烃基材的导电母粒及其制备方法；这种复合材料，具有性能稳定、加工工艺简单可控、安全性高等优点，可广泛的被用在通信终端、计算机、汽车电话、收款机等设备上。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于碳纳米管及石墨烯复配体系的聚烯烃基导电母粒，按重量百分数计，由以下组成的原料制备得到：

聚烯烃 85~98%；

碳纳米管 0.2~2%；

石墨烯 1~8%；

相容剂 0.5~5%；

所述相容剂为聚烯烃接枝活性官能团；所述聚烯烃接枝活性官能团的接枝率为0.8~1.2%。

优选地，所述活性官能团是马来酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种；所述聚烯烃接枝活性官能团的接枝率为1%；所述聚烯烃的形态为粒子或粉末状，优选粉末状；所述聚烯烃的平均粒径＞30目，分子量为5万至8万；所述聚烯烃为聚乙烯或者聚丙烯。接枝率过高过高则聚合过程不易控制，过低则加工粘度不匹配，剥离力不够分散碳纳米管与石墨烯；并且活性官能团数量太少，不利于碳纳米材料浸润，过多则聚合过程困难，且过高的官能团含量会造成过度反应，反而不利于分散。

优选地，所述碳纳米管的平均直径<20nm，平均长度1-20μm，平均壁层数<15。

优选地，所述石墨烯的平均壁层数<15。

本发明提供了上述基于碳纳米管及石墨烯复配体系的聚烯烃基导电母粒的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碳纳米管和石墨烯分别分散于惰性易挥发溶剂中，常温搅拌10～30min，得到碳纳米管悬浮液、石墨烯悬浮液；

（2）将所述碳纳米管悬浮液、石墨烯悬浮液分别经400W～800W的超声处理装置处理1h，得到碳纳米管分散液、石墨烯分散液；

（3）将所述碳纳米管分散液、石墨烯分散液与聚烯烃混合搅拌，得到分散料；所述搅拌的转速为1300～2000转/分钟；

（4）将所述分散料与相容剂混合后，通过双螺杆熔融挤出，得到基于碳纳米管及石墨烯复配体系的聚烯烃基导电母粒；所述双螺杆熔融挤出时的加工温度为170～210℃，转速为100～400rpm。

优选地，所述双螺杆挤出机的长径比大于40，优选52。

本发明还公开了碳纳米管及石墨烯复配体系在制备抗静电烯烃聚合物中的应用。