一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,屬于導(dǎo)電材料制備技術(shù)領(lǐng)域,解決了現(xiàn)有技術(shù)中成本較高,碳納米管比表面積大,難以分散的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明的制備方法依次包括以下步驟:步驟一、預(yù)處理,使碳納米管表面包裹一層陽(yáng)離子表面活性劑,步驟二、靜電吸附,使碳黑靜電吸附在碳納米管預(yù)制粉體上,步驟三、靜置、過(guò)濾和干燥等三個(gè)步驟,得到碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料產(chǎn)物。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于導(dǎo)電材料制備技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 片層石墨上的碳原子有一個(gè)未成對(duì)電子位于垂直于層片的P軌道上,具有很好的 導(dǎo)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(dǎo)電性能,而且碳納米管的導(dǎo)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(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料之間,并且隨著螺旋參數(shù)(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(xiàn)出量子傳輸性。
[0003] 雖然碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)電性,但是碳納米管在實(shí)際產(chǎn)品中應(yīng)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(wèn)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(jìn)了分散。比如:申請(qǐng)?zhí)枮?200710048028.2的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種碳納米管/顆粒狀碳復(fù)合物的制備方法,首先用 對(duì)碳納米管進(jìn)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(chǎn) 物。該方法只是將碳納米管和碳黑進(jìn)行簡(jiǎn)單混合,且兩者均帶負(fù)電荷,無(wú)法真正結(jié)合在一 起。又比如:申請(qǐng)?zhí)枮?00410040704. 8的中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種含碳納米管導(dǎo)電粉體的 制備方法,采用化學(xué)氣相沉積法直接在無(wú)機(jī)粉體上生長(zhǎng)出碳納米管,使得兩者有了很好的 結(jié)合,但是該方法制備條件苛刻,不適合大規(guī)模批量化生產(chǎn)。因此目前仍然缺乏一種高效、 經(jīng)濟(jì)的制備碳納米管/碳黑復(fù)合填料的方法。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制 備方法,分散性好,成本低,適用于工業(yè)化批量生產(chǎn)。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo) 電填料的制備方法,依次包括以下步驟:
[0006] 步驟一、預(yù)處理:先將碳納米管與第一溶劑混合,再加入陽(yáng)離子表面活性劑,攪拌 均勻,使碳納米管表面包裹一層陽(yáng)離子表面活性劑,然后經(jīng)過(guò)過(guò)濾、干燥,得到碳納米管預(yù) 制粉體;
[0007] 步驟二、靜電吸附:將步驟一得到的碳納米管預(yù)制粉體溶于第二溶劑中,并緩慢攪 拌,同時(shí)緩慢加入碳黑,使碳黑靜電吸附在碳納米管預(yù)制粉體上,得到復(fù)合溶液;
[0008] 步驟三、靜置:將步驟二得到的復(fù)合溶液靜置,直到分層完成后,經(jīng)過(guò)過(guò)濾、干燥, 得到碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料產(chǎn)物。
[0009] 本發(fā)明先用第一溶劑將碳納米管進(jìn)行分散,形成碳納米管懸浮液后,通過(guò)在碳納 米管表面包裹一層陽(yáng)離子表面活性劑,陽(yáng)離子表面活性劑分子在碳納米管懸浮液中發(fā)生電 離后,與親油基相連的親水基帶正電荷,再進(jìn)行碳黑靜電吸附,可以得到穩(wěn)定的碳黑靜電吸 附碳納米管體系,而且由于陽(yáng)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(guò)程,然后經(jīng)過(guò)靜置、過(guò)濾和干燥后即可得到碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料產(chǎn)物。 分散性明顯提高,吸附過(guò)程能迅速進(jìn)行并且徹底完成,產(chǎn)出率高。另外,陽(yáng)離子表面活性劑 在后期不需要除去,其本身具有相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性,有利于提高碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填 料產(chǎn)物整體的導(dǎo)電性能。
[0010] 優(yōu)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。
[0011] 優(yōu)選的,所述步驟一中,陽(yáng)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(lèi)、三嗪類(lèi)衍生物中的任意一種或兩種以上的組合物。
[0012] 優(yōu)選的,所述步驟一中,加入的陽(yáng)離子表面活性劑的質(zhì)量為碳納米管的質(zhì)量的 5 ~20%〇
[0013] 優(yōu)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(shè)備超聲分散 5~25min。超聲分散設(shè)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(wěn)定性。
[0014] 優(yōu)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。
[0015] 優(yōu)選的,所述步驟二中,加入的碳黑的質(zhì)量為碳納米管的質(zhì)量的0. 7~1. 5倍。碳 黑一方面促進(jìn)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(zhì)量可以占碳黑 靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料產(chǎn)物的總質(zhì)量的50~70%,成本能下降近一半。
[0016] 優(yōu)選的,所述步驟二中,攪拌速度為100~200r/min。
[0017] 優(yōu)選的,所述步驟三中,靜置時(shí)間為30~120min。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:采用靜電吸附將碳納米管和碳黑結(jié)合在一起, 在發(fā)揮兩者導(dǎo)電性能的同時(shí),不會(huì)對(duì)材料結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞;碳黑的加入,一方面促進(jìn)了碳納米 管的分散效果,另一方面降低了材料成本;通過(guò)加入陽(yáng)離子表面活性劑,能促使碳納米管和 碳黑之間的靜電吸附更加快速而徹底地進(jìn)行,而且有利于提高整體的導(dǎo)電性能;制備方法 所需設(shè)備成本較低,操作方便,制備周期較短,整個(gè)過(guò)程環(huán)保無(wú)污染,適用于工業(yè)化批量生 產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0020] 圖1為本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例1的工藝流 程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 如圖1所示,為本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例1, 依次包括以下步驟:
[0022] 步驟一、預(yù)處理:先將2g碳納米管與1000ml去離子水混合,放入超聲分散設(shè)備超 聲分散15min后,再加入0. 2g十六烷基三甲基溴化銨,攪拌均勾,使碳納米管表面包裹一層 陽(yáng)離子表面活性劑,然后經(jīng)過(guò)過(guò)濾、干燥,得到碳納米管預(yù)制粉體;
[0023] 步驟二、靜電吸附:將步驟一得到的碳納米管預(yù)制粉體溶于另外的1000ml去離子 水中,并緩慢攪拌,攪拌速度為150r/min,同時(shí)緩慢加入3g碳黑,使碳黑靜電吸附在碳納米 管預(yù)制粉體上,得到復(fù)合溶液;
[0024] 步驟三、靜置:將步驟二得到的復(fù)合溶液靜置,靜置時(shí)間為90min后,經(jīng)過(guò)過(guò)濾、干 燥,得到碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料產(chǎn)物。
[0025] 本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例2,按照實(shí)施例 1的步驟制備,與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于:步驟一中的十六烷基三甲基溴化銨的添加量為 0. lg〇
[0026] 本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例3,按照實(shí)施例 1的步驟制備,與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于:步驟一中的十六烷基三甲基溴化銨的添加量為 0. 3g〇
[0027] 本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例4,按照實(shí)施例 1的步驟制備,與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于:步驟一中的十六烷基三甲基溴化銨的添加量為 0. 4g〇
[0028] 本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例5,按照實(shí)施例1 的步驟制備,與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于:步驟二中的碳納米管和碳黑的添加量分別為lg和 4g〇
[0029] 本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例6,按照實(shí)施例1 的步驟制備,與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于:步驟二中的碳納米管和碳黑的添加量分別為3g和 2g〇
[0030] 本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例7,按照實(shí)施例1 的步驟制備,與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于:步驟二中的碳納米管和碳黑的添加量分別為4g和 lg〇
[0031] 本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例8,按照實(shí)施例1 的步驟制備,與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于:步驟三中的靜置時(shí)間為30min。
[0032] 本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例9,按照實(shí)施例1 的步驟制備,與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于:步驟三中的靜置時(shí)間為60min。
[0033] 本發(fā)明一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法實(shí)施例10,按照實(shí)施例1 的步驟制備,與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于:步驟三中的靜置時(shí)間為120min。
[0034] 性能檢測(cè):將本發(fā)明的制備方法實(shí)施例1~10制得的碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電 填料產(chǎn)物,對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行改性制成環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料,然后進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)試,并與未 經(jīng)改性的環(huán)氧樹(shù)脂材料進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果如表1所示:
[0035] 表 1
[0038] 說(shuō)明:采用本發(fā)明制得的碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料產(chǎn)物,對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行 改性制成環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料,其電阻率為10 4~10 4 · cm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于未經(jīng)改性的環(huán)氧樹(shù) 脂材料,說(shuō)明其導(dǎo)電性能明顯優(yōu)于未經(jīng)改性的環(huán)氧樹(shù)脂材料。同時(shí),分別對(duì)十六烷基三甲基 溴化銨的添加量、碳納米管和碳黑的配比、靜置時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié),通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn),說(shuō)明各個(gè)參 數(shù)對(duì)產(chǎn)物性質(zhì)的影響。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn),采用實(shí)施例1中的工藝參數(shù)所得到的復(fù)合材料的電阻 率可以達(dá)到6.5Χ10 4Ω ·_,均優(yōu)于其他各實(shí)施例。與此同時(shí),碳黑比重占了近50%,碳黑 相對(duì)于碳納米管成本幾乎可以忽略不計(jì),即原材料的成本可以降低一半,可見(jiàn),實(shí)施例1為 較理想的技術(shù)方案。
[0039] 此外,陽(yáng)離子表面活性劑還可以選用脂肪胺鹽、乙醇胺鹽、聚乙烯多胺鹽、季銨鹽、 咪唑啉、嗎啉胍類(lèi)、三嗪類(lèi)衍生物中的任意一種或兩種以上的組合物,上述只是以十六烷基 三甲基溴化銨為例進(jìn)行對(duì)比說(shuō)明,并不局限于十六烷基三甲基溴化銨作為陽(yáng)離子表面活性 劑。
[0040] 以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例,但本發(fā)明的技術(shù)特征并不局限于此,任何本 領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi),所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專(zhuān)利范圍之中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,其特征在于:依次包括以下步 驟: 步驟一、預(yù)處理:先將碳納米管與第一溶劑混合,再加入陽(yáng)離子表面活性劑,攪拌均勻, 使碳納米管表面包裹一層陽(yáng)離子表面活性劑,然后經(jīng)過(guò)過(guò)濾、干燥,得到碳納米管預(yù)制粉 體; 步驟二、靜電吸附:將步驟一得到的碳納米管預(yù)制粉體溶于第二溶劑中,并緩慢攪拌, 同時(shí)緩慢加入碳黑,使碳黑靜電吸附在碳納米管預(yù)制粉體上,得到復(fù)合溶液; 步驟三、靜置:將步驟二得到的復(fù)合溶液靜置,直到分層完成后,經(jīng)過(guò)過(guò)濾、干燥,得到 碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料產(chǎn)物。2. 如權(quán)利要求1所述的一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,其特征在 于: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。3. 如權(quán)利要求1所述的一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,其特征在 于:所述步驟一中,陽(yáng)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(lèi)、三嗪類(lèi)衍生物中的任意一種或兩種以上的組合物。4. 如權(quán)利要求1所述的一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,其特征在 于:所述步驟一中,加入的陽(yáng)離子表面活性劑的質(zhì)量為碳納米管的質(zhì)量的5~20%。5. 如權(quán)利要求1所述的一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,其特征在 于: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(shè)備超聲分散5~25min。6. 如權(quán)利要求1所述的一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,其特征在 于: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。7. 如權(quán)利要求1所述的一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,其特征在 于:所述步驟二中,加入的碳黑的質(zhì)量為碳納米管的質(zhì)量的〇. 7~1. 5倍。8. 如權(quán)利要求1所述的一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,其特征在 于:所述步驟二中,攪拌速度為100~200r/min。9. 如權(quán)利要求1所述的一種碳黑靜電吸附碳納米管導(dǎo)電填料的制備方法,其特征在 于:所述步驟三中,靜置時(shí)間為30~120min。
【文檔編號(hào)】C09C3/06GK105885474SQ201510420102
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年7月16日
【發(fā)明人】樓平, 王利民, 徐國(guó)華
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司