CN106147185B - 含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料、其制法及应用 - Google Patents
含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料、其制法及应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料、其制法及应用。该粒料包含纳米多维碳材料、增韧剂、助分散剂、助剂以及聚碳酸酯等组分；其中所述纳米多维碳材料主要由纳米导电炭黑，碳纳米管以及石墨烯物理共混组成。本发明的导电聚碳酸酯基粒料中导电剂添加量少，易于被注塑加工，且注塑形成的产品具有具备优良的抗静电性能或电磁屏蔽性能，表面的塑料富集现象及导电剂的表面析出现象较之现有产品均被大幅抑制甚至消除。
Description
技术领域
本发明涉及一种注塑母料，特别涉及一种含多维度碳纳米材料的注塑用导电聚碳酸酯基粒料及其制法与应用，例如，注塑后在汽车工业、电子产品和油气工业等领域中的应用，属于通用工程塑料领域。
背景技术
聚碳酸酯是一种常用工程塑料，有着非常广的应用范围以及非常快的发展势头。它的应用于玻璃装配业、汽车工业和电子、电器工业等。当将聚碳酸酯应用于抗静电材料时，其表面电阻需达到106～109Ω，如此才能实现较好的防静电功能。目前，在工业生产中抗静电聚碳酸酯有着很大的应用市场，但是现有的抗静电聚碳酸酯产品存在诸多不足，例如：如导电剂的添加量大，熔指较低流动性差，导致不方便注塑或注塑后的产品形貌较差，以及，注塑成型后由于表面塑料富集导致表面电阻大，导电剂量多而易于析出等。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料，以克服现有技术中的不足。
本发明的另一目的在于提供一种制备所述含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料的方法。
本发明的又一目的在于提供所述含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料的应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
一种含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料，其包含按重量份计算的如下组分：纳米多维碳材料0.5-3份、增韧剂10-15份、助分散剂0.5-3份，助剂0-3份以及聚碳酸酯75-85份；其中所述纳米多维碳材料主要由纳米导电炭黑，碳纳米管以及石墨烯组成。
在一较佳实施方案之中，所述纳米多维碳材料包含：纳米导电炭黑10wt％-45wt％，碳纳米管10wt％-45wt％，石墨烯10wt％-45wt％。
优选的，所述纳米多维碳材料亦可被认为是多维纳米导电剂，其由零维的纳米导电炭黑，一维的碳纳米管，二维的石墨烯物理共混组成。
进一步的，所述增韧剂可以为PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)等聚酯；MBS(甲基丙烯酸甲酯、丁二烯、苯乙烯三元共聚物)或ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)或三元乙丙橡胶等嵌段共聚物的一种或多种，且不限于此。
进一步的，所述助分散剂至少选自微纳米级别的无机填料，所述无机填料包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、滑石粉、纳米空心玻璃微珠或钛白粉，且不限于此。
进一步的，所述助剂包括抗氧剂、润滑剂和阻燃剂中的任一种或两种以上的组合，也可以是其它助剂。
进一步的，所述聚碳酸酯包括商业化的聚碳酸酯或者改性聚碳酸酯。
在一实施方案之中，所述含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料的制备方法包括：取0.5-4重量份纳米多维碳材料、10-15重量份增韧剂、0.5-3重量份助分散剂，0-3重量份助剂以及75-85重量份聚碳酸酯充分混合，然后加入双螺杆挤出机在260-270℃(具体根据物料牌号而定)挤出，再冷却、切粒。
在一更为具体的实施方案之中，一种含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料的制备方法可以包括：首先，将作为基体的聚碳酸酯置于真空环境中120℃条件下干燥4小时以上，然后将零维度的纳米导电炭黑，一维度的碳纳米管以及二维的石墨烯按照所需的比例进行物理共混备用。按照多维纳米碳材料0.5-3份，增韧剂10-15份，助分散剂0.5-3份，其他助剂0-3份，聚碳酸酯基体75-85份的配方配料，然后用双螺杆挤出机挤出，切粒。得到的粒料在注塑前再按照真空120℃干燥4小时，之后可注塑成型得到抗静电复合材料。
一种抗静电复合材料，主要是由所述的含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料在260-270℃(具体根据物料种类而定)下注塑形成。
进一步的，所述抗静电复合材料的表面电阻为105Ω～102Ω。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
(1)通过采用零维的纳米导电炭黑，一维的碳纳米管和二维的石墨烯以简单物理共混组成纳米多维碳材料，并将其作为导电添加剂添加于母料中，因纳米碳材料具有多种不同维度，其能够在非常低的浓度下在基体中搭建形成更加有效的导电网络，在实现低浓度高导电效果的同时保持了聚碳酸酯的高熔指，有利于注塑工艺；
(2)因采用的纳米碳材料具有多种不同维度，可形成均匀稳定的多维碳材料网络结构，可以使注塑产品表面的塑料富集现象被大幅度抑制，同时能够实现低表面电阻，即，具备优良的抗静电性能或电磁屏蔽性能，并有效消除了导电剂的表面析出现象。
(3)在原料中添加的增韧剂不仅有增韧作用，同时由于起到体积排除的效果，从而也增加了材料的导电性能。
具体实施方案
下面结合实施例对本发明做进一步的说明。该领域熟练技术人员根据上述发明内容对本发明在工艺上或者配方上做出的非本质改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。
实施例1该含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料包括如下组分(以重量分计)：
多维纳米碳材料3份
PBT(长春化工100-211M)10份
MBS(EXL-2620，罗门哈斯)2份
纳米二氧化硅(平均粒径637nm)0.5份
聚碳酸酯(韩国LG 1201-15)84.5份；
其中，多维纳米碳材料包含：
纳米导电炭黑(T80)0.9份，
碳纳米管(平均长度861nm)1.2份，
石墨烯(中科院宁波材料所制备，平均厚度3nm，平均直径5μm)0.9份。
该导电聚碳酸酯基粒料的制备工艺包括：首先将聚碳酸酯在120℃真空干燥4小时，然后原料按以上配比进行物理混合，然后用双螺杆挤出并造粒，加工温度265℃,转速250r/min。干燥后注塑成型得到抗静电复合材料。
实施例2该含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料包括如下组分(以重量分计)：
多维度碳纳米材料3份(其中纳米导电炭黑0.9份，碳纳米管0.9份，石墨烯1.2份)
PBT(长春化工100-211M)10份
MBS(EXL-2620，罗门哈斯)2份
滑石粉(平均粒径49μm)3份
聚碳酸酯(韩国LG 1201-15)82份；
其中，多维纳米碳材料包含：
纳米导电炭黑(T80)0.9份，
碳纳米管(平均长度861nm)0.9份，
石墨烯(中科院宁波材料所制备，平均厚度3nm，平均直径5μm)1.2份。
该导电聚碳酸酯基粒料的制备工艺包括：首先将聚碳酸酯在120℃真空干燥4小时，然后原料按以上配比进行物理混合，然后用双螺杆挤出并造粒，加工温度265℃，转速250r/min。干燥后注塑成型得到抗静电复合材料。
对照例1：该注塑用导电聚碳酸酯基粒料的组分及制备工艺与实施例2基本相同，不同之处仅在于，未添加前述多维度碳纳米材料。
对照例2：该注塑用导电聚碳酸酯基粒料的组分及制备工艺与实施例1基本相同，不同之处仅在于，采用5重量份的碳纳米管(平均长度861nm)替代了前述多维度碳纳米材料。
对照例3：该注塑用导电聚碳酸酯基粒料的组分及制备工艺与实施例1基本相同，不同之处仅在于，采用1重量份的纳米导电炭黑(T80)替代了前述多维度碳纳米材料。
对照例4：该注塑用导电聚碳酸酯基粒料的组分及制备工艺与实施例1基本相同，不同之处仅在于，采用3重量份的石墨烯(中科院宁波材料所制备，平均厚度3nm，平均直径5μm)替代了前述多维度碳纳米材料。
前述实施例1-2所获抗静电复合材料注塑后产品的力学性能、表面电阻及熔指如下表1所示。
表1实施例1-2所获抗静电复合材料的力学性能、表面电阻及熔指测试结果
| 样品 | 表面电阻Ω | 缺口冲击强度KJ/m2 | 熔指g/10min |
| 实施例1 | 8.2*103 | 9.1 | 18.6 |
| 实施例2 | 1.1*104 | 7.6 | 16.7 |
表2对照例1-4所获抗静电复合材料的力学性能、表面电阻及熔指测试结果
| 样品 | 表面电阻Ω | 缺口冲击强度KJ/m2 | 熔指g/10min |
| 对照例1 | ＞1014 | 12.1 | 18.3 |
| 对照例2 | 5.2*104 | 8.9 | 17.5 |
| 对照例3 | 7.7*104 | 10.0 | 19.1 |
| 对照例4 | 3.7*104 | 9.2 | 19.2 |
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料，其特征在于包含按重量份计算的如下组分：纳米多维碳材料0.5-3份、增韧剂10-15份、助分散剂0.5-3份，助剂0-3份以及聚碳酸酯75-85份；所述纳米多维碳材料包含：纳米导电炭黑10wt％-45wt％，碳纳米管10wt％-45wt％，石墨烯10wt％-45wt％。
2.根据权利要求1所述的含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料，其特征在于，所述增韧剂包括聚酯和/或嵌段共聚物；所述聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯，所述嵌段共聚物包括甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物或三元乙丙橡胶。
3.根据权利要求1所述的含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料，其特征在于，所述助分散剂选自微纳米级别的无机填料，所述无机填料包括纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、滑石粉、纳米空心玻璃微珠或钛白粉。
4.根据权利要求1所述的含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料，其特征在于，所述助剂包括抗氧剂、润滑剂和阻燃剂中的任一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料，其特征在于，所述聚碳酸酯包括商业化的聚碳酸酯或者改性聚碳酸酯。
6.权利要求1-5中任一项所述含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料的制法，其特征在于包括：取0.5-3重量份纳米多维碳材料、10-15重量份增韧剂、0.5-3重量份助分散剂，0-3重量份助剂以及75-85重量份聚碳酸酯充分混合，然后加入双螺杆挤出机在260-270℃挤出，再冷却、切粒。
7.一种抗静电复合材料，其特征在于它主要是由权利要求1-5中任一项所述的含多维碳纳米材料的导电聚碳酸酯基粒料注塑形成。
8.根据权利要求7所述的抗静电复合材料，其特征在于，其中注塑温度为260-270℃。
9.根据权利要求7或8所述的抗静电复合材料，其特征在于它的表面电阻为105Ω～102Ω。
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