[發明專利]一種碳黑靜電吸附碳納米管導電填料的制備方法

有效

• 申請號: 201510420102.3
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN105885474B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發明（設計）人: 樓平;王利民;徐國華
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力公司湖州供電公司;國家電網公司;國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司
• 主分類號: C09C1/44
• 分類號: C09C1/44;C09C3/06;C09C3/08;C09C3/04;C08K3/04
• 代理公司: 杭州華鼎知識產權代理事務所(普通合伙)33217
• 代理人: 胡根良

技術領域

本發明屬于導電材料制備技術領域，涉及一種碳黑靜電吸附碳納米管導電填料的制備方法。

背景技術

片層石墨上的碳原子有一個未成對電子位于垂直于層片的P軌道上，具有很好的導電性能。碳納米管可以看成是石墨烯卷曲而成的，所以碳納米管和石墨一樣具有良好的導電性能，而且碳納米管的導電性取決于石墨層卷曲形成管狀的直徑和螺旋角。碳納米管的導電性能介于導體與半導體材料之間，并且隨著螺旋參數(n,m)的不同，碳納米管的能隙寬度可以從零變化到與硅材料相等。單壁碳納米管和管壁較小的多壁碳納米管都可以表現出量子傳輸性。

雖然碳納米管具有優異的導電性，但是碳納米管在實際產品中應用較少，一方面由于其成本較高，另一方面由于其比表面積大，難以分散。為了解決上述問題，有人將碳黑包裹于碳納米管表面，從而降低了成本，一定程度促進了分散。比如：申請號為200710048028.2的中國專利公開了一種碳納米管/顆粒狀碳復合物的制備方法，首先用對碳納米管進行酸洗，除去多余的催化劑，隨后將碳納米管與碳黑混合，干燥后得到最終產物。該方法只是將碳納米管和碳黑進行簡單混合，且兩者均帶負電荷，無法真正結合在一起。又比如：申請號為200410040704.8的中國專利申請公開了一種含碳納米管導電粉體的制備方法，采用化學氣相沉積法直接在無機粉體上生長出碳納米管，使得兩者有了很好的結合，但是該方法制備條件苛刻，不適合大規模批量化生產。因此目前仍然缺乏一種高效、經濟的制備碳納米管/碳黑復合填料的方法。

發明內容

本發明所要解決的技術問題就是提供一種碳黑靜電吸附碳納米管導電填料的制備方法，分散性好，成本低，適用于工業化批量生產。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種碳黑靜電吸附碳納米管導電填料的制備方法，依次包括以下步驟：

步驟一、預處理：先將碳納米管與第一溶劑混合，再加入陽離子表面活性劑，攪拌均勻，使碳納米管表面包裹一層陽離子表面活性劑，然后經過過濾、干燥，得到碳納米管預制粉體；

步驟二、靜電吸附：將步驟一得到的碳納米管預制粉體溶于第二溶劑中，并緩慢攪拌，同時緩慢加入碳黑，使碳黑靜電吸附在碳納米管預制粉體上，得到復合溶液；

步驟三、靜置：將步驟二得到的復合溶液靜置，直到分層完成后，經過過濾、干燥，得到碳黑靜電吸附碳納米管導電填料產物。

本發明先用第一溶劑將碳納米管進行分散，形成碳納米管懸浮液后，通過在碳納米管表面包裹一層陽離子表面活性劑，陽離子表面活性劑分子在碳納米管懸浮液中發生電離后，與親油基相連的親水基帶正電荷，再進行碳黑靜電吸附，可以得到穩定的碳黑靜電吸附碳納米管體系，而且由于陽離子表面活性劑的存在，碳黑與碳納米管之間能迅速完成靜電吸附過程，然后經過靜置、過濾和干燥后即可得到碳黑靜電吸附碳納米管導電填料產物。分散性明顯提高，吸附過程能迅速進行并且徹底完成，產出率高。另外，陽離子表面活性劑在后期不需要除去，其本身具有相當的導電性，有利于提高碳黑靜電吸附碳納米管導電填料產物整體的導電性能。

優選的，所述步驟一中，第一溶劑為去離子水、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的任意一種或兩種以上的組合物。

優選的，所述步驟一中，陽離子表面活性劑為脂肪胺鹽、乙醇胺鹽、聚乙烯多胺鹽、季銨鹽、咪唑啉、嗎啉胍類、三嗪類衍生物中的任意一種或兩種以上的組合物。

優選的，所述步驟一中，加入的陽離子表面活性劑的質量為碳納米管的質量的5～20％。

優選的，所述步驟一中，碳納米管與第一溶劑混合后，放入超聲分散設備超聲分散5～25min。超聲分散設備能快速分散碳納米管，形成碳納米管的懸浮液，并且能保證懸浮液具有良好的穩定性。

優選的，所述步驟二中，第二溶劑為去離子水、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮中的任意一種或兩種以上的組合物。

優選的，所述步驟二中，加入的碳黑的質量為碳納米管的質量的0.7～1.5倍。碳黑一方面促進了碳納米管的分散效果，另一方面降低了材料成本，碳黑的質量可以占碳黑靜電吸附碳納米管導電填料產物的總質量的50～70％，成本能下降近一半。

優選的，所述步驟二中，攪拌速度為100～200r/min。

優選的，所述步驟三中，靜置時間為30～120min。