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技术

本发明专利技术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。

A Composite Modified Polypropylene Composite with Carbon Nanotubes and Silicon Nitride and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a carbon nanotube and silicon nitride composite modified polypropylene composite material, a preparation method and application thereof. Carboxyl functionalized carbon nanotubes were prepared firstly. Carboxyl functionalized carbon nanotubes and silicon nitride were combined to form multi-dimensional network carbon nanotubes/silicon nitride composites by the physical interaction of hydrogen bond between carboxyl and silicon nitride. Carbon nanotubes/silicon nitride composites were modified by ethyl acrylate, and then blended with polypropylene to obtain carbon nanotubes/silicon nitride composites. To carbon nanotubes and silicon nitride composite modified polypropylene composites. It has high Young's modulus, tensile strength and thermal conductivity. When it is used as the component material of heat exchanger, the heat transfer efficiency of heat exchanger can be significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于高分子材料
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术采取的技术方案为：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。步骤(3)中，所述包覆有硅烷偶联剂的碳纳米管/氮化硅复合材料、丙烯酸乙酯、引发剂的质量之比为1：0.1～0.15：0.03～0.05。步骤(4)中，所述丙烯酸乙酯改性的碳纳米管/氮化硅复合材料的质量为聚丙烯质量的10～20％。丙烯酸乙酯改性的碳纳米管/氮化硅复合材料的添加虽然可以提高复合材料的导热系数和机械强度，但是添加较多会导致聚丙烯复合材料的机械强度降低，因此，本专利技术将其添加量限制在10～20％。步骤(4)中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂300、抗氧剂1790、抗氧剂1290中的一种或多种；所述润滑剂为硬脂酸钙、EBO或聚丙烯蜡；所述抗氧剂、润滑剂的质量为聚丙烯质量的0.5～1.0％。本专利技术还提供了根据上述制备方法制备得到的碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料。本专利技术还提供了所述碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料作为换热器材料的应用。本专利技术提供的碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料的制备方法中，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碳纳米管/氮化硅复合材料。碳纳米管是由石墨卷取形成的纳米级的一维管状碳材料，其具有强度高、模量高、导热系数高的优异性能；而氮化硅为六方晶系，呈六面体结构，且具有优良的导热特性，通过加热反应之后使碳纳米管与氮化硅通过氢键的桥联形成多维的网状结构，当其与聚丙烯复合之后，这种网状结构能够增强复合材料的机械强度，且使得热量能够很快的通过复合材料，进而提到了复合材料的热导率。碳纳米管/氮化硅复合材料与聚丙烯直接复合的相容性较差，为了增加碳纳米管/氮化硅复合材料与聚丙烯的相容性，通过丙烯酸乙酯对碳纳米管/氮化硅复合材料进行改性，改性之后，两者能够更好的相容，经碳纳米管/氮化硅复合材料改性之后的聚丙烯较改性之前的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。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1一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)将单壁碳纳米管分散在68％浓硝酸中，单壁碳纳米管相对于浓硝酸的浓度为10mg/mL，超声30min，然后120℃加热回流反应2h，经水和乙醇洗涤后，再将其分散在75％的浓硫酸中，单壁碳纳米管相对于浓硫酸的浓度为10mg/mL，超声40min，然后120℃加热回流反应2h，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；将羧基功能化的碳纳米管、氮化硅分散在甲醇溶剂中，羧基功能化的碳纳米管、氮化硅的质量之比为1:3，羧基功能化的碳纳米管相对于甲醇的浓度为0.6mg/mL，分散均匀后，65℃加热条件下回流反应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；(2)将碳纳米管/氮化硅复合材料分散在75％的乙醇水溶液中，然后加入硅烷偶联剂KH560，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％；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0.2g/mL；搅拌反应20h，产物经乙纯洗涤后真空干燥，即可得到包覆有硅烷偶联剂的碳纳米管/氮化硅复合材料；(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按照质量比1：0.1：0.03混合后，在70℃球磨36h，产物分别经水、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，丙烯酸乙酯改性的碳纳米管/氮化硅复合材料的质量为聚丙烯的质量10％，170℃密练6min，然后继续加入抗氧剂1010、硬脂酸钙继续密练10min，抗氧剂1010、硬脂酸钙的质量为聚丙烯质量的0.5％，即可得到碳纳米管和氮化硅复合改性聚丙烯复合材料。实施例2一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)将单壁碳纳米管分散在68％浓硝酸中，单壁碳纳米管相对于浓硝酸的浓度为10mg/mL，超声30min，然后100℃加热回流反应3h，经水和乙醇洗涤后，再将其分散在80％的浓硫酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，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。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤：将碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：许彦，
申请(专利权)人：许彦，
类型：发明
国别省市：安徽,34