[發明專利]一種咪唑基離子液體修飾碳納米管/聚丙烯復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310295824.1
• 申請日: 2013-07-15
• 公開（公告）號: CN103435906A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 徐佩;丁運生;桂豪冠;孫曉紅;盧旭鑫;殷俊
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08K9/04;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 吳啟運

一、技術領域

本發明涉及一種電容材料，具體地說是一種咪唑基離子液體修飾碳納米管/聚丙烯復合材料及其制備方法，屬于高介電復合材料領域。

二、背景技術

隨著微電子器件向小型化、薄膜化、功能化和集成化的方向發展，作為電容材料的高介電常數材料成為制約微電子器件朝著小型化邁進的關鍵因素，最大限度的提高材料介電常數、降低介電損耗是目前高介電常數材料研究的焦點。碳納米管具有獨特的結構、極高的導電性能、優異的力學性能和良好的化學穩定性，可提高復合材料的穩定性。因而以碳納米管為導體的聚合物基高介電復合材料在高介電常數材料的制備與應用上一直受到國內外科研工作者特別的青睞。

目前主要采用非共價鍵修飾碳納米管和共價鍵修飾，通過溶液超聲分散、干燥后熱壓法，在碳納米管表面原位聚合聚苯胺，形成核殼結構、三氟苯化碳納米管等制備薄膜材料。2003年Fukushima等在Science上報道在室溫下將咪唑類離子液體和單壁碳納米管經過簡單的機械研磨后能即能對碳納米管實施表面包覆，完全可以得到均勻分散的離子液體修飾碳納米管復合物。離子液體修飾碳納米管復合物改性聚苯乙烯、氯丁橡膠提高碳納米管在聚合物基體中分散性和改善電學性能。這些修飾碳納米管方法提高碳納米管在基體中的分散，增強與聚合物基體的界面作用；同時在碳納米管表面修飾或包覆填充物形成絕緣層限制了導體內電子的運動。

三、發明內容

本發明旨在提供一種咪唑基離子液體修飾碳納米管/聚丙烯復合材料及其制備方法，以提高復合材料的介電常數、降低介電損耗。

本發明咪唑基離子液體修飾碳納米管/聚丙烯復合材料，簡稱為復合材料，其特征在于：

是以咪唑基離子液體修飾碳納米管和聚丙烯熔融共混后得到的復合材料，其中咪唑基離子液體修飾碳納米管的體積為復合材料體積的9.5-12.5%，余量為聚丙烯；

所述咪唑基離子液體修飾碳納米管是將咪唑基離子液體和碳納米管按質量比1-2:1的比例共混，除去溶劑并干燥研磨后得到的以碳納米管為核、咪唑基離子液體為殼的改性碳納米管；咪唑基離子液體和碳納米管的質量比優選1:1。

所述咪唑基離子液體選自1-十四烷基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體、1-十六烷基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體或1-十八烷基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體。

本發明咪唑基離子液體修飾碳納米管/聚丙烯復合材料的制備方法，包括碳納米管的修飾和熔融共混各單元過程，其特征在于：

所述碳納米管的修飾是將咪唑基離子液體加到溶劑氯仿中，然后加入碳納米管，攪拌混合均勻，除去溶劑并干燥研磨后得到咪唑基離子液體修飾碳納米管（簡稱改性碳納米管），是以碳納米管為核、咪唑基離子液體為殼的核殼結構；

所述熔融共混是將聚丙烯和所述改性碳納米管加入轉矩流變儀中于170-190℃熔融共混得混合料；將所述混合料通過真空壓膜機壓制成復合介電膜，即得復合材料。

所述咪唑基離子液體選自1-十四烷基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體、1-十六烷基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體或1-十八烷基-3-甲基咪唑溴鹽離子液體。

碳納米管的修飾過程中所述攪拌混合均勻是采用機械攪拌和超聲分散相結合的方式。

碳納米管的修飾過程中所述除去溶劑并干燥是首先在60℃揮發溶劑20-30分鐘，然后升溫至110℃干燥1-1.5小時。

壓膜參數為：壓制溫度170-200℃、壓強10-20MPa，保壓時間10-20min。

本發明咪唑基離子液體修飾碳納米管/聚丙烯復合材料的制備工藝過程如下：

1）將咪唑基離子液體加到溶劑氯仿中，然后加入碳納米管，機械攪拌并超聲波震蕩1小時；隨后先60℃揮發溶劑20-30分鐘，然后將溫度升至110℃干燥1-1.5小時，研磨后形成以碳納米管為核、咪唑基離子液體為殼的核殼結構的改性碳納米管。

2）按照不同體積百分比稱取聚丙烯顆粒和改性碳納米管，加入到轉矩流變儀中進行熔融共混得混合料。

3）將所述混合料通過真空壓膜機壓制成復合介電膜，壓制溫度為170-200℃、壓強為10-20MPa，保壓時間10-20min，即為復合材料。

本發明首先以咪唑基離子液體表面修飾碳納米管，形成納米核/殼結構的改性碳納米管，以提高碳納米管在聚丙烯基體中的分散性能，增強與聚合物基體的界面作用，提高介電常數；同時由于咪唑基離子液體的長鏈有機基團絕緣邊界層限制了導體內電子的運動，可以保證復合材料具有低的介電損耗。本發明復合材料在室溫和100Hz頻率下具有介電常數90以上，介電損耗1以下的優異效果。

四、附圖說明