[發(fā)明專利]一種羥乙基纖維素－碳納米管衍生物及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810026639.1
• 申請日: 2008-03-06
• 公開（公告）號: CN101239714A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃風(fēng)雷;浣石;柯剛;譚湘倩;仝毅
• 申請（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02
• 代理公司: 廣州廣信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 馬麗麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種衍生物，特別是涉及一種羥乙基纖維素-碳納米管衍生物，以及該種衍生物的制備方法，屬于天然高分子領(lǐng)域，也屬于納米材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)

1991年，日本科學(xué)家Iijima?S.發(fā)現(xiàn)了碳納米管(Iijima?S.Discovery?of?carbon?nano-tubes.Kagaku?to?Kogyo，1993，67(12)：500-506)。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，碳納米管已經(jīng)成為納米科技重要的研究前沿，其重大研究成果層出不窮，在21世紀科技發(fā)展中占有舉足輕重的地位。碳納米管奇特的準(zhǔn)一維中空管結(jié)構(gòu)使其在吸附、電學(xué)、磁學(xué)、場致發(fā)射、力學(xué)、電化學(xué)等許多方面具有優(yōu)異的性能。然而，極差的溶解性嚴重限制了碳納米管的研究與應(yīng)用。通過化學(xué)修飾不僅能有效改善碳納米管的溶解性，而且能賦予其更多功能，進一步拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。

近幾年來，利用高分子對碳納米管進行共價化學(xué)修飾尤其得到了廣泛重視，它已成為制備具有某些特定功能的碳納米管及其復(fù)合材料的有力手段，對研發(fā)相關(guān)納米器件和新型材料有很大的理論和現(xiàn)實意義。目前，國內(nèi)外利用高分子共價修飾碳納米管的很多研究主要集中于合成高分子，還沒有利用天然高分子衍生物——羥乙基纖維素共價修飾碳納米管的研究報道。然而，合成高分子主要來源于日益枯竭的化石資源，而且用來修飾的一些高分子還含有毒性苯環(huán)等芳香烴(Feng，W.；Bai，X.D.；Lian，Y.Q.；et?al.Carbon?2003，41，1551)。

經(jīng)醚化反應(yīng)得到的纖維素醚是最重要的一類纖維素衍生物，被譽為“工業(yè)味精”。羥乙基纖維素是一種重要的非離子型纖維素醚，也是生產(chǎn)量僅次于羧甲基纖維素的水溶性纖維素醚。羥乙基纖維素是纖維素的吡喃葡萄糖環(huán)中的羥基部分或全部與環(huán)氧乙烷開環(huán)加成的衍生物(高潔，湯烈貴.纖維素科學(xué).北京：科學(xué)出版社，1996)。與甲基纖維素等纖維素醚衍生物不同，纖維素分子內(nèi)的羥基數(shù)量在羥乙基化的過程中并不減少。羥乙基纖維素不僅具有與水溶性聚合物、表面活性劑和鹽的相容性，以及無凝膠點和沉淀點的特性，同時還具有增稠、懸浮和分散等良好性質(zhì)，因此已廣泛應(yīng)用于涂料、纖維、染色、造紙、醫(yī)藥、化妝品、粘合劑、石油工業(yè)等領(lǐng)域(高潔，湯烈貴.纖維素科學(xué).北京：科學(xué)出版社，1996；許冬生.纖維素衍生物.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001)。

與合成高分子相比，羥乙基纖維素是無毒、生物相容、生物可降解、環(huán)境友好、用之不竭的可再生資源，在眾多領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。由于碳納米管和羥乙基纖維素都是擁有許多優(yōu)異性能的材料，因此將羥乙基纖維素與碳納米管通過共價鍵相結(jié)合，制備出新型羥乙基纖維素-碳納米管衍生物，可望在改善碳納米管溶解性的同時，為進一步研發(fā)出兼具甚至是優(yōu)于兩者性能的，在高性能分離膜、催化、環(huán)保等領(lǐng)域有應(yīng)用前景的，綠色環(huán)保的新型納米復(fù)合材料提供一種基礎(chǔ)材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個目的是提供一種由天然高分子材料——羥乙基纖維素和碳納米管制備的羥乙基纖維素-碳納米管衍生物。

本發(fā)明的第二個目的是提供上述羥乙基纖維素-碳納米管衍生物的制備方法。

本發(fā)明的第一個目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種羥乙基纖維素-碳納米管衍生物，它是原始碳納米管經(jīng)球磨、純化、酸化處理的基礎(chǔ)上，與鹵化試劑反應(yīng)，將碳納米管表面的羧酸基團轉(zhuǎn)化為反應(yīng)活性較強的酰鹵基團后，與二元官能團有機化合物反應(yīng)，使活潑官能團從碳納米管的表面延伸出來，再與三氯均三嗪反應(yīng)，得到表面存在可以與羥基反應(yīng)的活潑含氯三嗪環(huán)的碳納米管，最后與羥乙基纖維素通過親核取代反應(yīng)而制備得到。該羥乙基纖維素-碳納米管衍生物中，羥乙基纖維素和碳納米管的質(zhì)量含量比約為0.2-1.6∶1。

本發(fā)明的第二個目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

一種羥乙基纖維素-碳納米管衍生物的制備方法，它包括以下步驟：

1、將碳納米管和鹵化試劑在有機溶劑A中攪拌均勻，然后超聲、離心，經(jīng)有機溶劑B洗凈后，在室溫下真空干燥，得到表面帶有酰鹵官能團的碳納米管；

2、將上述帶有酰鹵官能團的碳納米管、二元官能團有機化合物和脫酸劑在有機溶劑C中混合，攪拌均勻，然后在氮氣保護下超聲反應(yīng)充分，蒸除溶劑C和脫酸劑，再經(jīng)混合溶劑D洗凈后，在室溫下真空干燥，得到活潑官能團從碳納米管的表面延伸出來的衍生物；

3、將上述帶有活潑官能團的碳納米管和三氯均三嗪在四氫呋喃中混合，攪拌均勻，在低溫下超聲后，再在低溫下反應(yīng)充分，經(jīng)有機溶劑E洗凈后，在室溫下真空干燥，得到表面存在活潑含氯三嗪環(huán)的碳納米管衍生物；