一種ato填充聚合物基復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種ATO填充聚合物基復合材料及其制備方法，該復合材料由包含以下重量份的組分制成：熱塑性樹脂80-99份、ATO粉末1-20份、偶聯(lián)劑0.01-2份、潤滑劑1-10份；將ATO粉末溶于加了偶聯(lián)劑的丙酮溶液中，高速攪拌并同時置于超聲池中超聲分散后，將分散均勻的ATO烘干，使附著在ATO上的丙酮溶液完全除去，將熱塑性樹脂、處理過的ATO和潤滑劑加入高速混合機中混合均勻并烘干；將混合并干燥好的物料送入雙螺桿擠出機中熔合，最后經(jīng)過模頭擠出造粒；將擠出造粒后的粒料加入熱壓模具中，再將熱壓模具放入平板硫化儀中熱壓成型、冷卻，獲得ATO填充聚合物基復合材料。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的材料具有導電性能和導熱性能優(yōu)異，力學性能好、尺寸穩(wěn)定性好、耐候性好等優(yōu)點。
【專利說明】一種ATO填充聚合物基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子復合材料【技術領域】，尤其涉及一種ATO填充聚合物基復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著信息技術的發(fā)展，各類光電子產(chǎn)品日新月異，對透明導電材料的性能提出了更高的要求。透明導電材料結合了透明和導電的特性，具有廣泛的應用領域，不僅可應用于顯像管或顯示屏的防靜電、防眩光、防電磁輻射，也可以用于透明電極、太陽能光電轉換等領域。
[0003]目前絕大多數(shù)導電材料都是不透明的，已知的同時具有透明和導電特性的材料只有氧化銦錫(ITO)和摻雜氧化錫(ΑΤ0)。摻雜氧化錫，簡稱ΑΤ0，是一種η型的半導體材料，具有一些特異的光學和電學性能，是一種新型的多功能透明抗靜電及導電材料，將它制成納米級，則可在小型化、集成化等方面得到廣泛的應用。納米ATO導電粉既有納米粉體的一般特性，又有其作為二氧化錫摻雜半導體的獨特物理化學性質，因而具有很多優(yōu)越的性能和廣泛的用途。納米ATO粉體與其它的抗靜電材料，如碳黑、金屬單質、有機抗靜電材料等相比，不但具有高的導電性，還具有納米材料的優(yōu)越性能，比如它具有淺色透明性、良好的導電性、耐候性、分散性，還具有抗輻射、紅外吸收等功能，因此用它作填料制備的聚合物基復合材料不但具有良好的導電、抗靜電性能，還可以體現(xiàn)材料本身的淺色透明性，是一種高檔的導電復合材料。
[0004]現(xiàn)階段納米ATO復合材料的研究仍處于起步階段，許多重要的問題需要深入研究，比如納米ATO大規(guī)?；?、低成本的制備；納米ATO的分散問題；納米ATO與其它基體和體系的相容性問題等。發(fā)展創(chuàng)新的技術手段和路線來制備基于納米ATO的復合材料，特別是ATO/聚合物復合材料，進而充分開發(fā)、利用其優(yōu)異的性能是目前亟需解決的課題。目前國內(nèi)外的很多學者都采用溶液聚合法和原位聚合法來制備ATO/聚合物復合材料，這些方法操作復雜，成本昂貴，而采用熔融共混法來制備ATO/聚合物復合材料的相關報道甚少，因此利用這種工藝方法制備ATO/聚合物復合材料無疑具有廣闊的前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的制備方法復雜且不易規(guī)?；膯栴}而提供一種ATO填充聚合物基復合材料及其制備方法，該新型復合材料具有高導電性、高導熱性、高力學性能、填充量少等特點，制備方法連續(xù)，適合規(guī)?；a(chǎn)。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0007]—種ATO填充聚合物基復合材料，該復合材料由包含以下重量份的組分制成:
[0008]熱塑性樹脂80-99 ；
[0009]ATO 粉末 1-20 ；
[0010]偶聯(lián)劑0.01-2;[0011]潤滑劑1-10。
[0012]所述的熱塑性樹脂選自聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)中的一種或幾種。
[0013]所述的ATO粉末由粒徑為5~IOnm的ATO納米晶聚集而成，所述的ATO粉末的直徑為80~120nm。
[0014]所述的偶聯(lián)劑選自市售的KH-550、NDZ-101或A-171中的一種或幾種。
[0015]所述的潤滑劑選自N，N’_乙撐雙硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、聚乙烯蠟或甲基硅油中的一種或幾種。
[0016]一種ATO填充聚合物基復合材料的制備方法，該方法包括以下步驟:
[0017](I)將1-20份ATO粉末溶于加了 0.01_2份偶聯(lián)劑的丙酮溶液中，使溶有偶聯(lián)劑的丙酮溶液完全浸沒ΑΤ0，高速攪拌并同時置于超聲池中超聲分散20-50min后，將分散均勻的ATO置于90-120°C的烘箱內(nèi)烘干8-24h，將附著在ATO上的丙酮溶液完全除去；
[0018](2)將80-99份熱塑性樹脂、經(jīng)步驟(1)處理過的ATO和1_10份潤滑劑加入高速混合機中混合均勻，然后置于真空烘箱中100-110°c下烘干10-16h ；
[0019](3)將步驟(2)中混合并干燥好的物料通過通過精密計量的送料裝置，送入雙螺桿擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分的熔合，最后經(jīng)過模頭擠出造粒；
[0020](4)將擠出造粒后的粒料加入熱壓模具中，再將熱壓模具放入平板硫化儀中熱壓成型、冷卻，獲得ATO填充聚合物基復合材料。
[0021]步驟(2)中混合的溫度為60_90°C，混合的時間為3-10min。
[0022]步驟(3)所述的雙螺桿擠出機的長徑比為20-60: 1，雙螺桿擠出機各區(qū)段的溫度均為150-270°C，雙螺桿擠出機的轉速為20-30rpm。
[0023]步驟⑷中平板硫化儀的熱壓溫度為170_270°C，預熱時間為5_20min，熱壓時間為5-20min，熱壓受力為5_25MPa ;所述的冷卻為水循環(huán)冷卻，冷卻的時間為3_20min。
[0024]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點及有益效果:
[0025]與導電填料填充復合材料相比，本發(fā)明的ATO填充聚合物基復合材料具有易加工、易成型、填料填充量少、顏色透明、對環(huán)境友好等特點。并且材料的導電性能和導熱性能優(yōu)異，具有力學性能好、尺寸穩(wěn)定性好、耐候性好等特點，相比目前采用原位聚合法或溶液聚合法制備ATO/聚合物復合材料的工藝來說，用熔融共混法來制備ATO填充聚合物基復合材料方法更簡單，工藝步驟少，環(huán)境更友好。
【具體實施方式】
[0026]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0027]實施例1
[0028]按照下面重量份稱取原料:
[0029]PP (上海石化，F(xiàn)8OOEPS)"份，
[0030]ATO (上海滬正)1份，
[0031]KH-5500.01 份，
[0032]硬脂酸0.5份，
[0033]聚乙烯蠟 9.5份，[0034](1)先將ATO溶于加了偶聯(lián)劑KH-550的丙酮溶液，使溶有偶聯(lián)劑KH-550的丙酮溶液完全浸沒ΑΤ0，用攪拌器高速攪拌，同時將其置于超聲池中超聲分散30min，然后置于鼓風烘箱內(nèi)105°C下烘干16h ；
[0035](2)將步驟(1)中處理好的ΑΤ0、ΡΡ樹脂、硬脂酸和聚乙烯蠟準確稱量后加入高混機中混合均勻，混合時間7min，混合溫度80°C，然后置于真空烘箱中105°C下烘干13h ；
[0036](3)將步驟(2)中處理好的物料通過精密計量的送料裝置，送入雙螺桿擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分的熔合，最后經(jīng)過模頭擠出造粒；其中雙螺桿擠出機長徑比為20: I，各區(qū)段溫度控制在170°C _220°C，轉速20rpm ；
[0037](4)將ΑΤΟ/PP粒料準確稱量后加入熱壓模具中，再將模具放入平板硫化儀中熱壓成型，預熱5min，熱壓溫度180°C，熱壓時間5min，熱壓受力5MPa，然后水循環(huán)冷卻20min，出模制得ΑΤΟ/PP聚合物復合板材。
[0038]實施例2
[0039]按照下面重量份稱取原料:
[0040]PBT (蘭特納米，130GRS) 95 份，
[0041]ATO(自制)5 份，
[0042]NDZ-1010.5 份，
[0043]硬脂酸1.5份，
[0044]聚乙烯蠟1份，
[0045](1)先將ATO溶于加了偶聯(lián)劑NDZ-101的丙酮溶液，使溶有偶聯(lián)劑NDZ-101的丙酮溶液完全浸沒ΑΤ0，用攪拌器高速攪拌，同時將其置于超聲池中超聲分散30min，然后在鼓風烘箱內(nèi)在120°C下烘干8小時；
[0046](2)將步驟(1)中處理好的ATO、PBT樹脂粉體、硬脂酸和聚乙烯蠟準確稱量后加入高混機中混合均勻，混合時間3min，混合溫度90°C，然后置于真空烘箱中110°C下烘干IOh ；
[0047](3)將步驟⑵中處理好的物料通過精密計量的送料裝置，送入雙螺桿擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分的熔合，最后經(jīng)過模頭擠出造粒；所用擠出機長徑比40: 1，各區(qū)段溫度控制在200°C _240°C，轉速25rpm;
[0048](4)將ΑΤ0/ΡΒΤ粒料準確稱量后加入熱壓模具中，再將模具放入平板硫化儀中熱壓成型，預熱時間12min，熱壓溫度230°C，熱壓時間lOmin，熱壓受力15MPa，然后水循環(huán)冷卻12min，出模獲得ΑΤ0/ΡΒΤ聚合物復合板材。
[0049]實施例3
[0050]按照下面重量份稱取原料:
[0051]PVC (貴州安龍，SG-5) 85 份，
[0052]ATO(自制)15 份，
[0053]A-1711.5 份，
[0054]硬脂酸鋅1.5份，
[0055]甲基硅油5份，
[0056](I)先將ATO溶于加了偶聯(lián)劑A-171的丙酮溶液，使溶有偶聯(lián)劑A-171的丙酮溶液完全浸沒ΑΤ0，用攪拌器高速攪拌，同時將其置于超聲池中超聲分散30min，然后置于鼓風烘箱內(nèi)90°C下烘干24h;
[0057](2)將步驟⑴中處理好的AT0、PVC樹脂、硬脂酸鋅和甲基硅油準確稱量后加入高混機中混合均勻，混合時間lOmin，混合溫度60°C，然后置于真空烘箱中100°C下烘干16h ；
[0058](3)將步驟(2)中處理好的物料通過精密計量的送料裝置，送入雙螺桿擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分的熔合，最后經(jīng)過模頭擠出造粒；其中雙螺桿擠出機長徑比60: I，各區(qū)段溫度控制在150°C _200°C，轉速30rpm ；
[0059](4)將ATO/PVC粒料準確稱量后加入熱壓模具中，再將模具放入平板硫化儀中熱壓成型，預熱20min，熱壓溫度170°C，熱壓時間20min，熱壓受力25MPa，然后水循環(huán)冷卻3min,出模制得ATO/PVC聚合物復合板材。
[0060]實施例4
[0061]按照下面重量份稱取原料:
[0062]PS (鎮(zhèn)江奇美，PG-33) 80 份，
[0063]ATO(自制)20 份，
[0064]KH-5500.2 份，
[0065]硬脂酸鈣 0.5份，
[0066]聚乙烯蠟 0.5份，
[0067](I)先將ATO溶于加·了偶聯(lián)劑KH-550的丙酮溶液，使溶有偶聯(lián)劑KH-550的丙酮溶液完全浸沒ATO，用攪拌器高速攪拌，同時將其置于超聲池中超聲分散50min，然后置于鼓風烘箱內(nèi)105°C下烘干12小時，將附著在ATO上的丙酮溶液完全除去；
[0068](2)將步驟⑴中處理好的ATO、PS樹脂、硬脂酸鈣和聚乙烯蠟準確稱量后加入高混機中混合均勻，混合時間lOmin，混合溫度80°C，然后置于真空烘箱中105°C下烘干12小時；
[0069](3)將步驟(2)中處理好的物料通過精密計量的送料裝置，送入雙螺桿擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分的熔合，最后經(jīng)過模頭擠出造粒；其中雙螺桿擠出機長徑比25: I，各區(qū)段溫度控制在170°C _220°C，轉速20rpm ；
[0070](4)將ΑΤΟ/PS粒料準確稱量后加入熱壓模具中，再將模具放入平板硫化儀中熱壓成型，預熱時間5min，熱壓溫度200°C，熱壓時間lOmin，熱壓受力lOMPa，然后水循環(huán)冷卻8min,出模制得ΑΤΟ/PS聚合物復合板材。
[0071]實施例5
[0072]按照下面重量份稱取原料:
[0073]PET(杜邦，415HP-NC) 95 份，
[0074]ATO(自制)10 份，
[0075]NDZ-1O11 份，
[0076]硬脂酸鎂4.5份，
[0077]聚乙烯蠟0.5份，
[0078](I)先將ATO溶于加了偶聯(lián)劑NDZ-1Ol的丙酮溶液，使溶有偶聯(lián)劑NDZ-1Ol的丙酮溶液完全浸沒ATO，用攪拌器高速攪拌，同時將其置于超聲池中超聲分散20min，然后置于鼓風烘箱內(nèi)105°C下烘干12小時，將附著在ATO上的丙酮溶液完全除去；
[0079](2)將步驟⑴中處理好的ATO、PET樹脂、硬脂酸鎂和聚乙烯蠟準確稱量后加入高混機中混合均勻，混合時間lOmin，混合溫度80°C，然后置于真空烘箱中105°C下烘干12小時:
[0080](3)將步驟(2)中處理好的物料通過精密計量的送料裝置，送入雙螺桿擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分的熔合，最后經(jīng)過模頭擠出造粒；其中雙螺桿擠出機長徑比25: I，各區(qū)段溫度控制在170°C _270°C，轉速20rpm ；
[0081](4)將ATO/PET粒料準確稱量后加入熱壓模具中，再將模具放入平板硫化儀中熱壓成型，預熱5min，熱壓溫度270°C，熱壓時間lOmin，熱壓受力lOMPa，然后水循環(huán)冷卻8min，出模制得AT0/PET聚合物復合板材。
[0082]將實施例1-5制備得到的ATO填充聚合物基復合板材以中國國標導電國標GB-52261和導熱國標GB-50051作為測試標準，測試材料的導電性能和導熱性能，測試結果見表1。
[0083]表1
[0084]
【權利要求】
1.一種ATO填充聚合物基復合材料，其特征在于，該復合材料由包含以下重量份的組分制成: 熱塑性樹脂80-99 ； ATO 粉末 1-20 ； 偶聯(lián)劑 0.01-2 ； 潤滑劑 ι-?ο。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種ATO填充聚合物基復合材料，其特征在于，所述的熱塑性樹脂選自聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯中的一種或幾種。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種ATO填充聚合物基復合材料，其特征在于，所述的ATO粉末由粒徑為5~IOnm的ATO納米晶聚集而成，所述的ATO粉末的直徑為80~120nm。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種ATO填充聚合物基復合材料，其特征在于，所述的偶聯(lián)劑選自市售的KH-550、NDZ-101或A-171中的一種或幾種。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種ATO填充聚合物基復合材料，其特征在于，所述的潤滑劑選自N，N’ -乙撐雙硬脂酰胺、硬脂酸、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、硬脂酸鎂、聚乙烯蠟或甲基硅油中的一種或幾種。
6.—種如權利要求1所述的ATO填充聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)將1-20份ATO粉末溶于 加了0.01-2份偶聯(lián)劑的丙酮溶液中，使溶有偶聯(lián)劑的丙酮溶液完全浸沒ΑΤ0，高速攪拌并同時置于超聲池中超聲分散20-50min后，將分散均勻的ATO置于90-120°C的烘箱內(nèi)烘干8-24h，將附著在ATO上的丙酮溶液完全除去； (2)將80-99份熱塑性樹脂、經(jīng)步驟(1)處理過的ATO和1_10份潤滑劑加入高速混合機中混合均勻，然后置于真空烘箱中100-110°C下烘干10-16h ； (3)將步驟(2)中混合并干燥好的物料通過送料裝置，送入雙螺桿擠出機中，物料在螺桿的剪切、混煉和輸送下充分的熔合，最后經(jīng)過模頭擠出造粒； (4)將擠出造粒后的粒料加入熱壓模具中，再將熱壓模具放入平板硫化儀中熱壓成型、冷卻，獲得ATO填充聚合物基復合材料。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種ATO填充聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中混合的溫度為60-90°C，混合的時間為3-10min。
8.根據(jù)權利要求6所述的一種ATO填充聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)所述的雙螺桿擠出機的長徑比為20-60: 1，雙螺桿擠出機各區(qū)段的溫度均為150-270°C，雙螺桿擠出機的轉速為20-30rpm。
9.根據(jù)權利要求6所述的一種ATO填充聚合物基復合材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中平板硫化儀的熱壓溫度為170-270°C，預熱時間為5-20min，熱壓時間為5_20min，熱壓受力為5-25MPa ;所述的冷卻為水循環(huán)冷卻，冷卻的時間為3_20min。
【文檔編號】B29B9/06GK103788478SQ201210431008
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年11月1日 優(yōu)先權日:2012年11月1日
【發(fā)明者】劉欣 申請人:合肥杰事杰新材料股份有限公司