[發明專利]包覆型導電納米材料、導電納米復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201110452707.2
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102558917A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 翁永華;汪理文;丁賢麟
• 申請（專利權）人: 蘇州工業園區潤佳工程塑料有限公司
• 主分類號: C09C1/28
• 分類號: C09C1/28;C09C1/02;C09C3/06;C09C3/04;C08K9/10;C08K3/34;C08K3/26;C08L23/12;C08L55/02;C08L69/00;C08L77/02;C08L77/06;C08K7/08;C08
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明屬于碳納米材料領域，尤其涉及一種包覆型導電納米材料及其制備方法、該導電納米材料的復合材料及其制備方法。

背景技術

導電粉體為塑料、涂料、纖維、陶瓷等制備過程的一種功能性填料，賦予其抗靜電、電磁屏蔽等性能。目前，常用的導電粉體為金屬系粉體、碳系粉體、摻雜后的金屬氧化物粉體（ATO、ITO、導電氧化鋅等）和導電高分子。金屬粉體導電性較強，但價格昂貴、易氧化、耐腐蝕性差，且金屬導電粉密度大，易沉底結塊因而在基體中分散性不好。碳系導電粉體導電性及穩定性較好，但較難均勻分散、高溫抗氧化性不強、制品顏色局限。摻雜后的金屬氧化物粉體導電性好，且具有良好的耐候性、化學穩定性以及抗輻射、紅外吸收性，但是價格昂貴，分散性差。導電高分子質輕、環境穩定性好、結構可設計、電導率可調，但是價格高、相容性差。

目前，碳納米材料具有獨特的低維結構和奇異的電學、力學、機械特性以及量子尺寸效應，使其具有眾多優異性能，可作為新型的導電材料使用。Takahiro?Kitano?等利用展開/包覆技術制備了碳納米管透明導電薄膜。石墨烯具有高強度、高導電率、高比表面積，用石墨烯對聚合物材料進行改性可得到高性能的聚合物基復合材料。Sasha?S等對石墨烯接枝，再與聚苯乙烯共混制備出聚合物基／石墨烯復合材料，接枝后的石墨烯能均勻地分散在聚苯乙烯基體中，并且石墨烯含量為2．5％(體積分數)的聚苯乙烯／石墨烯復合材料的導電率達到1S／m左右，具有很好的的電導率（見Nature，2006，442?(20)：282）。然而由于碳納米材料的顆粒較小、比表面積大、表面能高、容易團聚，需要超聲波、球磨以分散顆粒，中國專利CN200410021990.3和CN200410040704.8公開了一種碳納米管的復合導電粉體的制備方法，采用超聲、過濾、化學氣相沉積技術，步驟相對繁瑣，還需要消耗昂貴的表面活性劑，難以工業化擴大生產。

因此有必要提供一種更為簡單的生產工藝，使碳納米管、石墨烯等碳納米材料既具有良好的導電性能、穩定性、耐腐蝕性，又有很好的分散性適合工業化生產，由此得到更理想的導電粉體。

發明內容

本發明的目的在于克服上述問題，提供一種導電性和顆粒分散性良好、成本低、適用于工業化生產的包覆型導電納米材料及其制備方法，其中導電納米材料是指碳納米材料。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：包覆型導電納米材料的制備方法，其特征在于：通過機械超剪切方法在礦粉填料表面包覆一層導電碳納米材料。

進一步地，包覆型導電納米材料的制備方法包括如下具體步驟（1）將導電碳納米材料和礦粉填料按比例混合；（2）將（1）所得混合物放入高剪切分散機，使料層承受巨大的沖擊、壓縮、剪切力并產生局部高溫，兩種材料融合成顆粒，顆粒變為球形，從而形成了包覆型導電納米材料。

更具體地，將導電碳納米材料和礦粉填料按比例混合，通過高剪切分散機的桶形承料轉子高速旋轉，使料層通過轉子和圓形定子之間的窄小間隙，使料層承受巨大的沖擊、壓縮、剪切力并產生局部高溫，形成局部等離子體，使兩種材料融合在一起，子顆粒融合在大顆粒上，同時顆粒發生變形向球形發展，從而形成了包覆型導電納米材料。

又進一步地，所述的礦粉填料包括滑石粉、碳酸鈣、高嶺土或膨潤土等普通礦粉的一種或幾種，莫式硬度為1-3。

又進一步地，所述的導電碳納米材料為碳納米管或石墨烯等碳納米材料。

又進一步地，礦粉填料和導電碳納米材料的粒徑比為10:1-50:1。

本發明的包覆型導電納米材料由上述包覆型導電納米材料的制備方法制得。???

本發明使用簡單的機械超剪切方法，通過桶形承料轉子高速旋轉產生沖擊、剪切力和局部高溫，使礦粉填料和導電碳納米材料融合并形成圓形顆粒，即制得包覆型導電納米材料。與現有的超聲、過濾、化學氣相沉積方法相比，工藝簡單、適合工業生產、成本低廉且能獲得導電性、分散性好的包覆型導電納米材料。

本發明的另一個目的是以本發明的包覆型導電納米材料為基礎，以熱塑性塑料為基材，添加其它助劑制得導電或抗靜電特性好、物理力學性能（如穩定性、耐腐蝕性）優異的包覆型導電納米材料的復合材料。

為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為：包覆型導電納米材料的復合材料，其特征在于：由以下重量配比的原料制備成：?

熱塑性塑料????????????38-90%；

填料?????????????????０-30%；

增韌劑????????????????5-25%；