一种含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及静电消除复合材料制备技术领域，具体涉及一种含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料及其制备方法。


背景技术：

2.聚乙烯(pe)是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂，其具有优良的耐低温性能以及耐化学腐蚀性好等优点，是世界上应用最广泛的主要通用塑料之一。
3.聚乙烯制成的各种管道以及薄膜具有广泛的市场应用，在各种易燃易暴的场合(例如燃气输送管道，矿山管线等)，需要管道以及薄膜具有静电消除的功能，因此开发具有静电消除作用的聚乙烯复合材料有重要的应用前景。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料。所述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料具有优异的静电消除效果。
5.一种含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料，其包含如下重量份的原料成分：
6.聚乙烯 80～100份；
7.超分散多壁碳纳米管 2～3份；
8.分散剂 1～3份；
9.润滑剂 1～2份。
10.优选地，所述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料，其包含如下重量份的原料成分：
11.聚乙烯 90～100份；
12.超分散多壁碳纳米管 2～3份；
13.分散剂 1～2份；
14.润滑剂 1～2份。
15.优选地，所述的超分散碳纳米管通过如下方法制备得到：
16.(1)将多壁碳纳米管分散于去离子水中，然后放入分散设备中进行分散5～10min，得多壁碳纳米管浆料；所述的多壁碳纳米管与去离子水的用量比为1g：5～10ml；
17.(2)在步骤(1)制备得到的多壁碳纳米管浆料中加入预分散剂进行超声分散5～10min，随后进行干燥得超分散多壁碳纳米管；
18.步骤(2)中所述预分散剂与多壁碳纳米管浆料的用量比为1～2g：100～150ml。
19.进一步优选地，步骤(1)所述的分散设备为超声波分散机；最优选地，所述超声波分散机为循环式多级超声波分散机。
20.优选地，所述的碳纳米管为多壁碳纳米管。
21.优选地，所述的预分散剂通过如下方法制备得到：
22.将六氟磷酸加入有机溶剂中，然后加入氢氧化锂溶液，在60～70℃条件下反应1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的预分散剂；
23.所述六氟磷酸与氢氧化锂的摩尔比为1:1:2。
24.优选地，所述的分散剂通过如下方法制备得到：
25.将油酸以及盐酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在60～70℃条件下反应1～2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂；
26.所述油酸以及盐酸与氢氧化钠的摩尔比为1:1:2。
27.优选地，所述的润滑剂为聚乙烯蜡与液体石蜡混合所得；
28.所述聚乙烯蜡与液体石蜡的质量份数比为1:2。
29.本发明还提供一种上述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料的制备方法，其包含如下步骤：首先将聚乙烯、超分散多壁碳纳米管、分散剂以及润滑剂混合后加入卧式双旋片搅拌机中搅拌5～10min，搅拌桶温度50～60℃；然后混合物放入双螺杆挤出机中挤出即得所述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料。
30.有益效果：本发明提供了一种含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料，所述的聚乙烯复合静电消散材料一方面通过加入本发明全新制备得到的预分散剂制备得到超分散多壁碳纳米管，有效防止了碳纳米管的团聚，保证了碳纳米管能够在聚乙烯复合静电消散材料中的充分分散；进一步地，通过加入本发明全新制备得到的分散剂，使得超分散多壁碳纳米管进一步充分高效分散在聚乙烯复合静电消散材料，从而在碳纳米管添加量极少的情况下提高了聚乙烯复合静电消散材料的静电消散性能；由对比例实验可以看出，加入本发明所述的预分散剂和分散剂比加入常规的分散剂得到的聚乙烯复合静电消散材料的静电消散性能要更加优异。
具体实施方式
31.以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
32.实施例1含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料
33.原料重量份配比：聚乙烯95份；超分散碳纳米管3份；分散剂2份；润滑剂2份。
34.所述的超分散碳纳米管通过如下方法制备得到：(1)将多壁碳纳米管分散于去离子水中，然后放入循环式多级超声波分散机中进行分散10min，得多壁碳纳米管浆料；所述的多壁碳纳米管与去离子水的用量比为1g：10ml。(2)在步骤(1)制备得到的多壁碳纳米管浆料中加入预分散剂进行超声分散10min，随后进行干燥得超分散多壁碳纳米管；步骤(2)中所述预分散剂与多壁碳纳米管浆料的用量比为2g：150ml。所述的预分散剂通过如下方法制备得到：将六氟磷酸加入有机溶剂中，然后加入氢氧化锂溶液，在65℃条件下反应2h，浓缩去除溶剂后即得所述的预分散剂；所述六氟磷酸与氢氧化锂的摩尔比为1:1:2。
35.所述的分散剂通过如下方法制备得到：将油酸以及盐酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在70℃条件下反应2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂；所述油酸以及盐酸与氢氧化钠的摩尔比为1:1:2。
36.所述的润滑剂为聚乙烯蜡与液体石蜡混合所得；所述聚乙烯蜡与液体石蜡的质量份数比为1:2。
37.制备方法：首先将聚乙烯、超分散多壁碳纳米管、分散剂以及润滑剂混合后加入卧式双旋片搅拌机中搅拌10min，搅拌桶温度50℃；然后混合物放入双螺杆挤出机中挤出即得所述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料。
38.实施例2含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料
39.原料重量份配比：聚乙烯90份；超分散碳纳米管3份；分散剂1份；润滑剂2份。
40.所述的超分散碳纳米管通过如下方法制备得到：(1)将多壁碳纳米管分散于去离子水中，然后放入循环式多级超声波分散机中进行分散10min，得多壁碳纳米管浆料；所述的多壁碳纳米管与去离子水的用量比为1g：5ml。(2)在步骤(1)制备得到的多壁碳纳米管浆料中加入预分散剂进行超声分散10min，随后进行干燥得超分散多壁碳纳米管；步骤(2)中所述预分散剂与多壁碳纳米管浆料的用量比为1g：100ml。所述的预分散剂通过如下方法制备得到：将六氟磷酸加入有机溶剂中，然后加入氢氧化锂溶液，在65℃条件下反应2h，浓缩去除溶剂后即得所述的预分散剂；所述六氟磷酸与氢氧化锂的摩尔比为1:1:2。
41.所述的分散剂通过如下方法制备得到：将油酸以及盐酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在70℃条件下反应2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂；所述油酸以及盐酸与氢氧化钠的摩尔比为1:1:2。
42.所述的润滑剂为聚乙烯蜡与液体石蜡混合所得；所述聚乙烯蜡与液体石蜡的质量份数比为1:2。
43.制备方法：首先将聚乙烯、超分散多壁碳纳米管、分散剂以及润滑剂混合后加入卧式双旋片搅拌机中搅拌10min，搅拌桶温度50℃；然后混合物放入双螺杆挤出机中挤出即得所述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料。
44.实施例3含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料
45.原料重量份配比：聚乙烯100份；超分散碳纳米管2份；分散剂1份；润滑剂2份。
46.所述的超分散碳纳米管通过如下方法制备得到：(1)将多壁碳纳米管分散于去离子水中，然后放入循环式多级超声波分散机中进行分散10min，得多壁碳纳米管浆料；所述的多壁碳纳米管与去离子水的用量比为1g：10ml。(2)在步骤(1)制备得到的多壁碳纳米管浆料中加入预分散剂进行超声分散10min，随后进行干燥得超分散多壁碳纳米管；步骤(2)中所述预分散剂与多壁碳纳米管浆料的用量比为1g：100ml。所述的预分散剂通过如下方法制备得到：将六氟磷酸加入有机溶剂中，然后加入氢氧化锂溶液，在65℃条件下反应2h，浓缩去除溶剂后即得所述的预分散剂；所述六氟磷酸与氢氧化锂的摩尔比为1:1:2。
47.所述的分散剂通过如下方法制备得到：将油酸以及盐酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在70℃条件下反应2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂；所述油酸以及盐酸与氢氧化钠的摩尔比为1:1:2。
48.所述的润滑剂为聚乙烯蜡与液体石蜡混合所得；所述聚乙烯蜡与液体石蜡的质量份数比为1:2。
49.制备方法：首先将聚乙烯、超分散多壁碳纳米管、分散剂以及润滑剂混合后加入卧式双旋片搅拌机中搅拌10min，搅拌桶温度50℃；然后混合物放入双螺杆挤出机中挤出即得所述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料。
50.对比例1含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料
51.原料重量份配比：聚乙烯95份；超分散碳纳米管3份；分散剂2份；润滑剂2份。
52.所述的超分散碳纳米管通过如下方法制备得到：(1)将多壁碳纳米管分散于去离子水中，然后放入循环式多级超声波分散机中进行分散10min，得多壁碳纳米管浆料；所述的多壁碳纳米管与去离子水的用量比为1g：10ml。(2)在步骤(1)制备得到的多壁碳纳米管浆料中加入预分散剂进行超声分散10min，随后进行干燥得超分散多壁碳纳米管；步骤(2)中所述预分散剂与多壁碳纳米管浆料的用量比为2g：150ml。所述的预分散剂通过如下方法制备得到：将六氟磷酸加入有机溶剂中，然后加入氢氧化锂溶液，在65℃条件下反应2h，浓缩去除溶剂后即得所述的预分散剂；所述六氟磷酸与氢氧化锂的摩尔比为1:1:2。
53.所述分散剂选用常规分散剂乙二胺二邻苯基乙酸钠。
54.所述的润滑剂为聚乙烯蜡与液体石蜡混合所得；所述聚乙烯蜡与液体石蜡的质量份数比为1:2。
55.制备方法：首先将聚乙烯、超分散多壁碳纳米管、分散剂以及润滑剂混合后加入卧式双旋片搅拌机中搅拌10min，搅拌桶温度50℃；然后混合物放入双螺杆挤出机中挤出即得所述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料。
56.对比例1与实施例1的区别在于，对比例1采用常规分散剂乙二胺二邻苯基乙酸钠；而实施例1采用全新方法制备得到的分散剂。
57.对比例2含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料
58.原料重量份配比：聚乙烯95份；超分散碳纳米管3份；分散剂2份；润滑剂2份。
59.所述的超分散碳纳米管通过如下方法制备得到：(1)将多壁碳纳米管分散于去离子水中，然后放入循环式多级超声波分散机中进行分散10min，得多壁碳纳米管浆料；所述的多壁碳纳米管与去离子水的用量比为1g：10ml。(2)在步骤(1)制备得到的多壁碳纳米管浆料中加入预分散剂进行超声分散10min，随后进行干燥得超分散多壁碳纳米管；步骤(2)中所述预分散剂与多壁碳纳米管浆料的用量比为2g：150ml。所述的预分散剂选用常规分散剂乙二胺二邻苯基乙酸钠。
60.所述分散剂选用常规分散剂乙二胺二邻苯基乙酸钠。
61.所述的润滑剂为聚乙烯蜡与液体石蜡混合所得；所述聚乙烯蜡与液体石蜡的质量份数比为1:2。
62.制备方法：首先将聚乙烯、超分散多壁碳纳米管、分散剂以及润滑剂混合后加入卧式双旋片搅拌机中搅拌10min，搅拌桶温度50℃；然后混合物放入双螺杆挤出机中挤出即得所述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料。
63.对比例2与实施例1的区别在于，对比例2的预分散剂以及分散剂均采用常规分散剂乙二胺二邻苯基乙酸钠；而实施例1均采用全新方法制备所得。
64.对比例3含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料
65.原料重量份配比：聚乙烯95份；超分散碳纳米管3份；分散剂2份；润滑剂2份。
66.所述的超分散碳纳米管通过如下方法制备得到：(1)将多壁碳纳米管分散于去离子水中，然后放入循环式多级超声波分散机中进行分散10min，得多壁碳纳米管浆料；所述的多壁碳纳米管与去离子水的用量比为1g：10ml。(2)在步骤(1)制备得到的多壁碳纳米管浆料中加入预分散剂进行超声分散10min，随后进行干燥得超分散多壁碳纳米管；步骤(2)
中所述预分散剂与多壁碳纳米管浆料的用量比为2g：150ml。所述的预分散剂通过如下方法制备得到：将六氟磷酸加入有机溶剂中，然后加入氢氧化锂溶液，在65℃条件下反应2h，浓缩去除溶剂后即得所述的预分散剂；所述六氟磷酸与氢氧化锂的摩尔比为1:1:2。
67.所述的分散剂通过如下方法制备得到：将油酸以及盐酸加入有机溶剂，然后再加入氢氧化钠溶液，在70℃条件下反应2h，浓缩去除溶剂后即得所述的分散剂；所述油酸以及盐酸与氢氧化钠的摩尔比为1:1:2。
68.所述的润滑剂为聚乙烯蜡与液体石蜡混合所得；所述聚乙烯蜡与液体石蜡的质量份数比为1:2。
69.制备方法：首先将聚乙烯、超分散多壁碳纳米管、分散剂以及润滑剂加入常规桶式搅拌机混合；然后混合物放入双螺杆挤出机中挤出即得所述的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料。
70.对比例3与实施例1的区别在于，对比例3使用常规桶式搅拌机对混合物进行混合，而实施例1使用全新开发的卧式双旋片搅拌机。
71.实验例
72.将实施例1～3以及对比例1～3制备得到的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料参照iec60093标准进行材料的表面电阻率测试，具体测试结果参见表1。
73.表1.聚乙烯复合静电消散材料的表面电阻率测试结果
74.实验对象表面电阻率实施例1制备得到的聚乙烯复合静电消散材料1.2
×
103ω/sq.实施例2制备得到的聚乙烯复合静电消散材料3.7
×
104ω/sq.实施例3制备得到的聚乙烯复合静电消散材料6.6
×
105ω/sq.对比例1制备得到的聚乙烯复合静电消散材料4.5
×
108ω/sq.对比例2制备得到的聚乙烯复合静电消散材料1.7
×
10
10
ω/sq.对比例3制备得到的聚乙烯复合静电消散材料8.2
×
107ω/sq.
75.从表1防静电测试结果可以看出实施例1～3制备得到的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料均具有较低的表面电阻率，说明其具有优异的静电消除作用；尤其是实施例1制备得到的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料的表面电阻率最低，这说明在实施例1所述的条件参数下制备得到的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料的静电消散性能最佳。
76.从实施例1与对比例1以及对比例2的实验数据可以看出，实施例1制备得到的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料的表面电阻率要远远小于对比例1以及对比例2制备得到的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料的表面电阻率。这说明预分散剂以及分散剂采用常规分散剂，得不到具有本发明优异静电消散效果的聚乙烯复合静电消散材料。
77.从实施例1与对比例3的实验数据可以看出，实施例1制备得到的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料的表面电阻率要小于对比例3制备得到的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料的表面电阻率。这说明在实施例1所述使用卧式双旋片搅拌机制备得到的含超分散多壁碳纳米管的聚乙烯复合静电消散材料的静电消散性能最佳。