[发明专利]一种碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。首先制备羧基功能化的碳纳米管，然后利用羧基与氮化硅之间的氢键物理作用将羧基功能化的碳纳米管与氮化硅复合起来得到多维网络状的碳纳米管/氮化硅复合材料，并通过丙烯酸乙酯对碳纳米管/氮化硅复合材料进行改性，然后将其与聚丙烯进行混合密练即可得到碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料。其具有较高的杨氏模量、拉伸强度与热导系数。将其用作换热器的部件材料时，可显著提高换热器的换热效率。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚丙烯(PP)是目前用量最大的通用塑料之一，被广泛的应用于化工，机械，汽车，日用品等各个领域。虽然PP具有优良的机械性能，但是他的拉伸强度较低、且冲击强度易受温度的影响，且导热性能较差，在应用到热交换材料的时候不能满足热交换材料对于传热系数的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。通过碳纳米管和氮化硅对聚丙烯进行复合改性，得到具有较高机械强度和换热系数的改性聚丙烯复合材料。

本发明采取的技术方案为：

一种碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将羧基功能化的碳纳米管与氮化硅反应生成碳纳米管/氮化硅复合材料；

(2)将碳纳米管/氮化硅复合材料与硅烷偶联剂进行偶联，得到包覆有硅烷偶联剂的碳纳米管/氮化硅复合材料；

(3)将步骤(2)得到的包覆有硅烷偶联剂的碳纳米管/氮化硅复合材料与丙烯酸乙酯和引发剂混合后，在70～90℃球磨24～36h；产物分别经水和乙醇洗涤后，真空干燥，即可得到丙烯酸乙酯改性的碳纳米管/氮化硅复合材料；

(4)将步骤(3)得到的丙烯酸乙酯改性的碳纳米管/氮化硅复合材料与聚丙烯同时加入到密炼机中，170～190℃密练3～6min，然后继续加入抗氧剂、润滑剂继续密练7～10min，即可得到碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯。

进一步地，所述羧基功能化碳纳米管的制备方法为：将碳纳米管分散在浓硝酸中，超声30～50min，然后100～120℃加热回流反应2～3h，经水和乙醇洗涤后，再将其分散在浓硫酸中，超声30～50min，然后100～120℃加热回流反应2～3h，经水和乙醇洗涤、真空干燥后即可得到羧基功能化碳纳米管。

进一步地，所述浓硝酸的质量分数为68％，所述浓硫酸的质量分数为75～85％。

所述碳纳米管优选为单壁碳纳米管，单壁碳纳米管具有较高的导热系数，其导热性显著优于多壁碳纳米管。

进一步地，所述步骤(1)具体包括以下步骤：将羧基功能化的碳纳米管、氮化硅分散在甲醇溶剂中，分散均匀后，加热条件下回流反应16～20h，自然冷却后经离心、洗涤、干燥，即可得到碳纳米管/氮化硅复合材料。

进一步地，所述羧基功能化的碳纳米管、氮化硅的质量之比为1:3～6；所述羧基功能化的碳纳米管相对于甲醇的浓度为0.5～1.0mg/mL。

所述步骤(2)具体包括以下步骤：将碳纳米管/氮化硅复合材料分散在75～85％的乙醇水溶液中，然后加入硅烷偶联剂，搅拌反应15～20h，产物经乙醇洗涤后真空干燥，即可得到包覆有硅烷偶联剂的碳纳米管/氮化硅复合材料。

所述硅烷偶联剂的质量为碳纳米管/氮化硅复合材料质量的1.5～2.0％；所述碳纳米管/氮化硅复合材料相对于乙醇水溶液的浓度为0.1～0.5g/mL；所述硅烷偶联剂为KH560或KH570。