[發明專利]一種固相剪切制備聚合物接枝碳納米材料的方法

有效

• 申請號: 201710560297.0
• 申請日: 2017-07-11
• 公開（公告）號: CN107312328B
• 公開（公告）日: 2019-12-03
• 發明（設計）人: 張興祥;高雪峰;陳甜;劉海輝;王學晨;王寧
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C08L77/06
• 分類號: C08L77/06;C08L67/02;C08L25/06;C08L69/00;C08L61/16;C08K9/10;C08K7/00;C08K3/04;C08K7/24;C08J3/205;D01F6/90;D01F6/92;D01F6/94;D0
• 代理公司: 12210 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 李濟群;王瑞<國際申請>=<國際公布>=

本發明公開了一種固相剪切制備聚合物接枝碳納米材料的方法，包括1)將碳納米材料與助分散劑混合均勻，使得碳納米材料表面均包覆有助分散劑；將步驟1)得到的包裹有助分散劑的碳納米材料與聚合物均勻混合，得到混合物；將步驟2)得到的混合物加入到兩片圓盤形的剪切盤中間，直至全部混合物通過；4)重復步驟3)的過程；5)將步驟4)制得的產物收集，即得到聚合物接枝碳納米材料。該方法通過固相剪切的方法實現聚合物與碳納米材料的均勻混合，不但明顯改善碳納米材料在聚合物中的分散程度，而且可以顯著地提高聚合物復合材料中碳納米材料的質量分數，進而改善聚合物的物理力學性能和電學性能。

技術領域

本發明涉及高性能聚合物材料制備領域，具體是一種固相剪切制備聚合物接枝碳納米材料的方法。

背景技術

20世紀末、21世紀初先后發現的碳納米管和石墨烯具有優良的物理力學和電學性能。石墨烯是一種由sp²雜化的碳原子組成的具有二維面狀結構的單原子片層的碳材料，而碳納米管則可以看作是由石墨烯片卷曲形成的一種一維管狀碳材料。碳納米管根據其管壁層數的不同可分為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管。這兩種碳納米材料在復合材料的制備領域有著重要應用。

目前實現這兩種碳納米材料與聚合物混合的方法主要有三種：(1)原位聚合法：利用碳納米材料表面存在或經過物理、化學方法處理后存在自由基或含氧基團的特點，將其視作一種可反應單體與可形成聚合物的單體發生自由基聚合反應或縮聚反應，如，申請號201410614121.5中公開的在己內酰胺聚合過程中加入苯乙烯-馬來酸酐接枝的氧化石墨烯，經縮聚反應制備聚酰胺接枝石墨烯材料的方法；(2)溶液共混法：首先將聚合物溶入溶劑，然后加入一定質量碳納米材料，混合均勻后直接使用，或者在沉淀劑中析出得到聚合物/碳納米材料混合物，如《復合材料學報(2010,27(1):12-17)》公布了將聚酰胺66溶入甲酸，制成溶液，然后加入多壁碳納米管的甲酸分散液，合并后再超聲波處理2h，強攪拌下緩慢加入無水乙醇，聚酰胺/碳納米管從溶液中析出，抽濾得到混合物；(3)熔融共混法：將聚合物粉末或切粒與碳納米材料混合后熔融擠出，利用螺桿、雙螺桿或密煉機的攪拌、剪切作用實現碳納米材料在聚合物中的分散，如《復合材料學報(2011,28(2):16-21)》公布了將聚酰胺66和不同質量分數的多壁碳納米管混合，在雙螺桿熔融擠出機中共混擠出，制得切片，然后在60℃真空干燥6h，得到混合物。

現有技術制備得到聚合物/碳納米材料混合物的工藝比較繁瑣，或者涉及到有機溶劑的使用和脫除，使得制備過程不環保，并且除原位聚合法外，溶液共混法和熔融共混法得到的混合物中聚合物分子鏈與碳納米材料之間只有范德華力，相互作用力較弱，容易造成碳納米材料在聚合物中分散不均勻，從而難以達到理想的物理力學和電學性能改性效果，在實際應用中受到很大限制。更進一步，目前的這三種方法均不能實現高碳納米材料質量分數的聚合物復合材料制備，一般來說，這三種方法制備的復合材料中碳納米材料的質量分數不超過3％，繼續提高碳納米材料含量時，由于碳納米管的長徑比大而發生纏繞，或石墨烯層間發生堆疊，造成碳納米材料在聚合物中分散不勻，且加工性能急劇下降，無法制備出所需的聚合物復合材料，或者制備出的聚合物復合材料的物理力學或電學性能達不到預期目標，不能實現本發明的目的。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種固相剪切制備聚合物接枝碳納米材料的方法。該方法通過固相剪切的方法實現聚合物與碳納米材料的均勻混合，在碳納米材料表面接枝聚合物分子鏈，不但明顯改善碳納米材料在聚合物中的分散程度，并進一步在聚合物分子鏈與碳納米材料之間形成化學鍵的方法，而且可以顯著地提高聚合物復合材料中碳納米材料的質量分數，進而改善聚合物的物理力學性能和電學性能。

本發明解決所述技術問題的技術方案是，提供一種固相剪切制備聚合物接枝碳納米材料的方法，其特征在于包括如下步驟：

1)將碳納米材料與助分散劑混合均勻，使得碳納米材料表面均包覆有助分散劑；助分散劑的質量是碳納米材料質量的0.1～5wt％；