[发明专利]一种碳纳米管表面修饰方法及利用其制备复合塑料的方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管表面修饰方法及利用其制备复合塑料的方法，利用本征导电高分子和碳纳米管之间的氢键和共轭作用，使导电高分子对碳纳米管的表面进行包覆、修饰；利用空间隔离的方式阻止碳纳米管的缠绕以及二次团聚；提高碳纳米管在塑料基体中的相容性；采用熔融共混的方式将导电高分子包覆的碳纳米管均匀的分散在热塑性塑料的基体中形成导电复合材料。本发明的碳纳米管填充量低、处理方便、产品性能优越，生产成本低。

技术领域

本发明涉及一种复合塑料，具体是一种碳纳米管表面修饰方法及利用其制备复合塑料的方法。

背景技术

碳纳米管材料因为其一维特性、强的碳-碳共价键等结构特点，是目前已知的最强材料(Philip G等，Scientific American Magazine，December 2000，67-69)，而其导电性和导热性分别是铜的10倍和5倍。添加碳纳米管到高分子材料里，能综合的提高该材料的力学强度、导电性、导热性、阻燃性等，其性能远远超越了传统的添加物，是新一代复合材料的革命性突破。理论和实验室数据表明，碳纳米管的添加量在不到1％即可形成导电通路，使塑料呈导电特性(Pravin V.Kodgire等，Chemical Physics Letters，2006,432,(4-6),480-485)。但由于碳纳米管易团聚、缠绕以及碳纳米管与基体的不相容性，碳纳米管的添加量往往要达到3％-10％(CN200510009769；CN200610026438；CN200610026439)，而目前主要通过采用提高碳纳米管在塑料基体的分散性来降低碳纳米管在聚合物中的填充量，利用偶联剂、分散剂等对碳纳米管进行共价或者非共价修饰(马传国等，复合材料学报，2010,27(3)：22-28；Gong X等，Chem.Mater，2000，12(4)：1049-1052)，从而改善碳纳米管的分散性。这些偶联剂、分散剂往往呈电绝缘性，利用这些高分子对碳纳米管表面修饰后会降低碳纳米管表面的导电性，从而增加碳纳米管的填充量。而目前碳纳米管的价格是导电碳黑的10-20倍，相比之下，碳纳米管填充的导电塑料在价格上不具有优势。从目前市场情况看来，只有进一步降低碳纳米管的填充量，才有可能扩大碳纳米管填充导电塑料的工业应用。因此有必要设计一种新的碳纳米管表面修饰方法，在改善碳纳米管在聚合物基体中的分散性的同时，降低碳纳米管之间的接触电阻，从而进一步提高导电性。

导电塑料可被广泛的应用在静电耗散、静电喷涂以及电磁屏蔽等方面。由于塑料本身导电性差，为了提高其导电性，目前主要采用的方法是通过添加一些导电填充材料来提高其导电性。这些导电填充材料包括金属粉末、金属纤维、离子导电塑料、碳纤维或者导电碳黑等材料。这些材料填充的塑料都有自身的缺点，比如金属粉末、金属纤维填充的导电塑料具有抗腐蚀性较差、材料力学性能减弱等缺点。离子导电塑料、本征导电塑料填充的导电塑料具有导电性能不稳定，受环境影响较大等缺点。碳纤维是一种传统的导电填料，添加量一般为复合塑料总重量的15％左右，碳纤维国内市场供应不足，价格昂贵，而且在注塑时，碳纤维分布、取向不均匀，造成塑料表面导电率不均匀。碳黑虽然价格低廉，但是其添加量要在30％左右。高的添加量导致复合塑料力学性能变差，掉尘现象严重，在一些领域，如汽车配件、高精密集成电路等领域无法应用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种碳纳米管表面修饰方法及利用其制备复合塑料的方法，解决碳纳米管在高分子中的团聚及缠绕问题，提高碳纳米管在聚合物基体中的相容性，并增大碳纳米管之间以及碳纳米管与聚合物基体之间的导电接触，实现修饰后的碳纳米管在复合塑料中的低填充量、高导电的目的，从而在降低生产成本的基础上扩大其应用。

为了实现上述目的，本发明提供一种碳纳米管表面修饰方法，包括以下具体步骤：

(1)将称取2g的碳纳米管加入30％双氧水溶液中，在60℃回流搅拌72小时后用去离子水冲洗，反复洗涤多次直至溶液呈中性，然后将所得碳纳米管在真空干燥箱中干燥；