导电添加剂-使用碳纳米管增加聚合物复合材料的导电性

单壁碳纳米管（SWCNT）是改善聚合物基材料导电性的极为有效的添加剂。与目前最流行的添加剂炭黑相比，它们的功效高达1000倍，并且不会导致材料强度或外观的任何损失。然而，这项技术仍在发展中，在复合材料中添加单壁碳纳米管可能很棘手。亚博网站下载

AZoM与OCSiAl的Zakhar Bolshakov谈论了他们开发的一种新型swcnts添加剂溶液TUBALL。TUBALL承诺尽可能简单有效地将SWCNTs添加到聚合物复合材料中。

如果单壁碳纳米管（SWCNT）在提高聚合物导电性方面如此有效，为什么它们不是最常用的添加剂？

如果你看一看任何材料的历史，很明显，从材料的发明到工业上大量使用，都需要一段时间。纳米管是在20世纪90年代发现的，这意味着该技术仍在发展中。然而，我们现在看到在这一领域的投资有所增加。

炭黑是目前应用最广泛的导电添加剂。早在19世纪80年代，人们就发现了导电炭黑，当时有很多知名的公司生产大量的导电炭黑。导电炭黑的生产技术已经达到了制造效率的极限，达到了无法进一步降低成本的地步。

然而，如果你看SWCNTs在美国，就制造能力和压低成本而言，它们只是处于发展的开端。

碳纳米管正在稳步进入市场，尽管速度不是很快。不久，我们将看到用于生产纳米管的技术的显著改进，以及单壁纳米管成本的进一步降低。这将给市场带来革命性的变化。

单壁碳纳米管的示意图。shutterstock.com |塞巴斯蒂安·考利茨基

像炭黑这样的添加剂会引起什么问题?

将广泛使用的导电添加剂炭黑添加到材料中时，会面临三个关键问题。亚博网站下载

这些问题中最基本的是你必须添加很多东西。例如，如果你需要在使用标准导电炭黑的聚合物中达到104欧姆•厘米的体积电阻率水平，这将需要高达10%甚至更多的添加剂。这本身就有问题，因为与添加相关的成本。

大量的炭黑也会导致另一个问题——大量的炭黑会降低材料的机械强度。这意味着制造商经常需要在强度和导电性之间进行折衷。

第三个问题是美学，因为需要高剂量的炭黑，它会使材料完全变黑。

添加SWCNTs如何解决这些问题?

只要看看导电炭黑和单壁碳纳米管的显微镜图像，你就会非常清楚地看到单壁碳纳米管是碳的最终形式。

既然工业规模合成SWCNTs的技术已经开发出来，这些纳米管就不应该取代目前使用的所有炭黑，这基本上没有理由。

SWCNTs的长径比非常高，可以达到2.5 000以上。这种高纵横比意味着，通过使用更低的负载，渗流阈值就可以达到，超过这个阈值，阻力会显著下降。因此，与导电炭黑或其他添加剂相比，您需要添加更少的导电SWCNTs，以达到目标电导率水平。

例如，要在聚合物中实现104欧姆•厘米的体积电阻率，无需添加10%的SWCNTs，只需添加0.05%，比使用炭黑时所需的体积电阻率少1000倍。

另一个优点是，所需的单壁碳纳米管的低负载意味着不会降低机械强度。事实上，长而细的纳米管“线”相互啮合，形成了一个增强材料的3D网络，从而增强了材料的机械强度。

另外，小装载要求意味着材料的颜色不受影响。这使得制造商能够生产彩色导电材料，这是使用任何其他标准导电添加剂都无法实现的。亚博网站下载

SWCNTs可形成三维网络，增加其加入材料的强度。亚博网站下载

OCSiA亚博网站下载l的swcnts添加剂TUBALL可以有效地添加到哪些材料中?

目前，SWCNTs可应用于除钢以外的任何材料。我们已经开发了不同聚合物的试点技术，包括聚酯和环氧树脂，聚氨酯和PVC。我们可以将它们应用于所有的弹性体，如硅酮、橡胶和乳胶。它们也可以应用于涂料和锂电池。

这些结果已被德国汉堡科技大学等独立研究机构和众多客户验证。

现在，我们在水泥和铝中使用纳米管的实验中有了一些积极的结果。然而，我们需要时间来开发这些材料的大规模工业制造技术。亚博网站下载考虑到这些材料的高产量，我相信，一旦我们在这些行业取得了预期的效果，将会对物质世界产生巨大的影响。亚博网站下载

你如何简化添加TUBALL到材料的矩阵?

由于单壁碳纳米管的性质，将其添加到材料基体中并不容易。

纳米管之间的吸引范德华力导致它们相互粘附和团聚，使纳米管相互粘附，并导致进一步的团聚。理想情况下，我们需要分散纳米管到材料中，以实现加强和导电网络。然而，这并不容易。

我们已经意识到，OCSiAl不得不在分散技术的开发上投入大量资金。目前，公司开发了以单壁碳纳米管为基础的浓缩物和母粒为代表的中间体产品，适用于聚合物、热塑性塑料、树脂、弹性体、涂料等各种应用。

这是一个非常复杂的过程。我们的色母粒很容易稀释，它们可以使用标准设备进行加工，这大大简化了我们产品的使用。app亚博体育

TUBALL束的高分辨率TEM图像

您认为基于tuball的各种解决方案中，哪一个最有潜力?哪些应用?

我们相信，今天我们的产品可以应用于两个主要领域。

第一个主要应用领域是电导率。

这里的先驱是电池行业，尤其是锂电池。接下来我要提到热固性树脂:环氧树脂、聚酯树脂和聚氨酯树脂。我们在俄罗斯、欧洲和其他国家已经有许多领先的公司使用TUBALL生产成功的热固性树脂导电产品。

然后我不得不提到热塑性塑料，这可能是目前使用导电炭黑的最大的具有最高电势的区域;在不久的将来，OCSiAl对这个行业有令人印象深刻的计划。

第二个是需要提高机械强度的地方——这是一个我们没有限制的现象。

如今，高达35%的二氧化碳排放与材料有关，包括其生产过程和运输等其他活动产生的排放。亚博网站下载当我们成功地改善了材料的力学性能，使它们更坚固、更轻，我们亚博网站下载就可以改善人类生活，缓解全球变暖问题。

在我看来，这一领域有巨大的潜力，我们正在非常积极地开发用于解决这类问题的色母粒和浓缩物。

OCSiAl最近开发了TUBALL MATRIX。你能告诉我们更多吗?

我认为TUBALL矩阵在环氧树脂和聚酯树脂中最有效。它也可用于制造聚氨酯（PU）树脂和聚氯乙烯（PVC）。

TUBALL MATRIX的一个关键优势是，它可以在0.1%的超低剂量下实现永久均匀电导率的目标水平。由于TUBALL MATRIX的用量极低，因此生产的导电部件可以保持原有的颜色，与其他添加剂相比，它不会导致基体材料的粘度或密度显著增加。亚博网站下载此外，TUBALL MATRIX保持甚至提高各种机械性能。

但最重要的一点是，值得强调的是，当使用TUBALL矩阵时，制造商不必对其生产技术进行任何更改。唯一推荐的要求是使用十片叶轮，以2000 rpm的转速混合化合物20分钟。

您认为TUBALL矩阵对哪些行业的影响最大？

TUBALL MATRIX可能是目前市场上最好的导电浓缩物之一。可用于热固性、塑料、树脂、弹性体等。肯定会受到巨大影响的行业包括汽车、石油、石化、天然气、电子、采矿、化工、医疗保健和制药行业。

TUBALL MATRIX可广泛应用于矿山、电子、化工厂和加油站的设备。app亚博体育它也可用于灰尘不美观的产品，例如汽车内饰。TUBALL MATRIX是一种很好的解决方案，适用于抗静电环氧地板和电子产品、可燃粉末或液体包装生产商。

我们的读者在哪里可以找到关于OcSiAl和TUBALL系列swcnts添加剂的更多信息?

第一个地方看将是我们的网站，在那里你可以找到我们的技术和不同的TUBALL添加剂的信息，我们提供。

我们也非常高兴收到你的来信。如果您对TUBALL如何改进材料有任何疑问，请随时联系。亚博网站下载

关于扎哈尔·博尔沙科夫

专注于聚合物单壁碳纳米管解决方案的开发。

任职经历:在DUN & BRADSTREET Corp.的a.c.n elson公司担任市场调研助理;公司刊物《经济战略》的副主编;经济战略研究所项目经理;Agromasholding市场研究和战略规划主管Sibmashholding战略营销总监;合资公司AGCO SM.group营销总监;农贸市场营销总监;SYGMA.innovations特殊项目总监;OCSiAl集团副总裁。

学历:莫斯科电子技术学院(莫斯科，1996年);凯斯西储大学(美国克利夫兰);英国伦敦金斯顿大学商学院MBA;莫斯科,2000);经济学博士(全球航空航天和国防工业)- IMEMO RAN(莫斯科，2003)。