[發明專利]一種碳納米管/聚乳酸復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110160784.0
• 申請日: 2011-06-15
• 公開（公告）號: CN102229743A
• 公開（公告）日: 2011-11-02
• 發明（設計）人: 那兵;呂瑞華;羅明標;鄒淑芬;潘華燕
• 申請（專利權）人: 東華理工大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L71/08;C08K9/02;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 南昌新天下專利商標代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

技術領域

本發明屬于高分子聚合物基復合材料技術領域，具體涉及一種增塑劑輔助碳納米管分散的制備方法和碳納米管/聚乳酸復合材料。

背景技術

碳納米管（CNT）作為一種優異的填料，能夠賦予高分子復合材料良好的力學性能，電性能以及熱性能。碳納米管在聚合物基體中形成CNT逾滲網絡能夠顯著提高復合材料的導電性能和非末端流變行為。其中CNT逾滲網絡的形成主要取決于CNT形態學上的分散。因此，使無機CNT在聚合物基體中達到適當的分散，是保證低的滲透閾值和高的機械強度的關鍵因素。

但是由于CNT和聚合物基體本質上的不相容，在聚合物基復合材料中常常可以發現CNT大塊的團聚。目前國內外，對于改善CNT在聚合物中的分散，通常通過以下技術手段來解決。1、通過化學接枝的方法，在CNT?缺陷部位接上一部分有機分子，對CNT進行表面改性。這是改善分散能力以及CNT和聚合物基體之間的親和性重要手段。2、表面活性劑，使用同CNT和聚合物都相容的表面活性劑或者一種共聚物來輔助CNT在聚合物基體中的分散。3、采用不同的制備方法，如熔融混合，原位聚合等其它方法，來使CNT?在復合材料中更好的分散聚乳酸（PLA）是一種由可再生植物資源發酵得到的乳酸經過化學合成制備的生物降解高分子，無毒，無刺激性，具有優良的生物相容性、可生物降解、易加工成型等特性。但純聚乳酸質硬、韌性較差，缺少柔性和彈性，極易彎曲變形。這些缺陷極大地限制了其應用及使用效果。通過碳納米管對聚乳酸進行改性，制備碳納米管/聚乳酸復合材料對拓展聚乳酸的應用領域具有非常重要的意義。

通過CNT對PLA?進行改性能夠改善PLA的強度、賦予其導電性等。要制備CNT/PLA復合材料，首先有必要對CNT進行功能化處理或者采用合適的方法使其在PLA基體中分散良好，如此才可能得到低逾滲值的電性能和流變性能。而常用的對CNT進行功能化處理，然后再制備成聚合物復合材料，功能化處理CNT工藝比較復雜，操作流程較長。本發明利用增塑劑則可以不需要對CNT進行功能化改性，直接采用一步法就能保證CNT在聚乳酸中形成良好的分散。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是提供一種一步法制備碳納米管/聚乳酸復合材料的制備方法，簡化生產工藝，降低成本。

本發明所要解決的技術問題之二是提供一種碳納米管/聚乳酸復合材料。

本發明解決技術問題之一的技術方案是：在通用的熔融共混加工過程中，加入增塑劑聚乙二醇改善了碳納米管與聚乳酸基體的親和性，促使碳納米管在聚乳酸中形成逾滲網絡。

優選：各原材料包括碳納米管、聚乙二醇和聚乳酸，其中聚乙二醇的重量為總重量的5%—20%，碳納米管重量為聚乙二醇和聚乳酸總重量的1.5%—5%，剩余部分為聚乳酸；把碳納米管、聚乳酸、聚乙二醇按所述比例混合，在180—200℃溫度下，放入通用密煉機中熔融共混7—10分鐘，制得在聚乳酸基體中分散良好的碳納米管/聚乳酸復合材料，促進了碳納米管逾滲網絡的形成。

最佳：在190℃的溫度下，放入通用密煉機以轉子速度50rpm熔融共混8分鐘。

本發明解決技術問題之二的技術方案是：所述復合材料由碳納米管、聚乙二醇和聚乳酸組成，其中聚乙二醇的重量為總重量的5%—20%，碳納米管重量為聚乙二醇和聚乳酸總重量的1.5%—5%，剩余部分為聚乳酸。

本發明采用傳統的熔融共混加工工藝，加入增塑劑聚乙二醇改善了碳納米管與聚乳酸基體的親和性，促使CNT在PLA中形成逾滲網絡。制備工藝非常簡單，成本較低。對制得的CNT/PLA復合材料進行動態力學性能測試發現，復合材料在末端區的模數與頻率基本上不相關，這說明復合材料有類似于固態的粘彈行為。同時通過光學顯微鏡（OM）和掃描電子顯微鏡（SEM）對比加PEG和不加PEG?用相同的方法制備的CNT/PLA復合材料進行形態學的觀察，發現了加PEG的樣品中CNT在PLA基體中分散良好，并形成了逾滲網絡。也就是說增塑劑PEG的加入能有效改善CNT在傳統的熔融混合過程中在PLA基體中的分散并且形成了逾滲網絡。而逾滲網絡的形成在一定程度上限制了PLA的分子運動，由此復合材料出現了類似于固態的粘彈行為。

本發明采用的增塑劑輔助碳納米管的分散一步法制備的碳納米管/聚乳酸復合材料，使得在聚乳酸基體中碳納米管分散良好，為改善聚乳酸的性能打下了良好的基礎。