[發明專利]一種截短碳納米管的方法

無效

• 申請號: 200810039210.6
• 申請日: 2008-06-19
• 公開（公告）號: CN101293647A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 汪長春;李君君;楊東
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82B3/00
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于無機材料技術領域，具體涉及一種截短碳納米管的方法。

技術背景

碳納米管可看作是由具有六邊形結構的石墨片層卷曲而成的無縫中空納米級圓柱體，兩端由富勒烯半球封帽而成。一般可分為由一層石墨組成的單壁碳納米管和由多層石墨同軸組成的多壁碳納米管兩種。

碳納米管具有一維納米中空結構、大的長徑比、巨大的比表面積、超高的機械強度、較低的密度、出眾的化學和熱穩定性和富電子等特性。同時碳納米管具有獨特的離域大π鍵，可以與許多生物醫藥分子之間形成較強的π-π鍵相互作用；也可對碳納米管表面進行改性，使其帶有不同的官能團，利用這些官能團與生物醫藥分子發生作用，可以實現生物醫藥分子的負載、傳輸。因此，碳納米管在生物醫藥領域具有巨大的應用潛力。但是目前工業方法制備直接得到的碳納米管長度通常為微米級，與細胞的尺寸在同一個數量級上，這導致碳納米管很難通過細胞內吞作用進入細胞中，從而限制了碳納米管在藥物或生物分子載體等領域的應用。因此，截短碳納米管是一個急需解決的難題。

就截短碳納米管而言，目前文獻報道的所采用方法主要為用強氧化性酸處理碳納米管。在強氧化劑的作用下，碳納米管被切斷，同時碳管表面的化學結構被破壞。該方法得到的碳納米管表面通常帶有一定量的羧基，這種處理方法需要使用大量的濃硝酸和濃硫酸，污染嚴重。

本發明中，我們提出了一種截短碳納米管的新方法，該方法原料易得，操作簡單，效率高，截短的碳納米管平均長度可控，可實現大規模生產。

發明內容

本發明的目的在于提出一種原料易得、操作簡單、效率高、可實現規模生產的截短碳納米管的新方法。

本發明提出的截短碳納米管的方法，是將碳納米管與橡膠進行混煉，利用強剪切作用將碳納米管截短，然后通過溶劑使橡膠溶解或者在惰性氣體氛下加熱使橡膠分解，得到長度截短的碳納米管；通過改變混煉的時間、強度、溫度以及選用不同種類的橡膠，可以得到平均長度不同的截短碳納米管。碳納米管平均長度控制在50nm-2μm之間。

本發明的具體操作步驟如下：

(1)在混煉設備上將碳納米管與橡膠進行混煉：將橡膠在混煉設備上混煉，然后加入碳納米管，通過擠壓和剪切作用，將碳納米管截短；

(2)用溶劑溶解除去橡膠：把步驟(1)所得的含碳納米管的橡膠剪碎，溶解在有機溶劑中，離心分離，所得沉淀用溶劑反復洗滌，以除掉橡膠；最后，干燥過夜，得到截短的碳納米管；

或者加熱分解除去橡膠：把步驟(1)所得的含碳納米管的橡膠剪碎，在惰性氣體氛下加熱到350℃以上，保持一段時間，使橡膠充分熔解，然后降至室溫，得到截短的碳納米管。

本發明中，所用的碳納米管是單壁碳納米管或多壁碳納米管。

本發明中，所用的橡膠是乙丙橡膠、丁腈橡膠、異戊橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、丁基橡膠、硅橡膠、氟橡膠中的一種或幾種。

本發明中，所用的設備是開煉機、密煉機、單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、捏合機中的一種或幾種。

本發明中，所用的混煉時間從30秒到60分鐘不等。隨著混煉時間的延長，得到的碳納米管的平均長度逐漸減小。如果混煉時間少于30秒，不能有效的截短碳納米管；如果混煉時間超過60分鐘后，延長混煉時間對碳納米管平均長度的影響變小。

本發明中，橡膠和碳納米管混煉時用量的重量比例為100∶1-100∶30，優選100∶10-100∶30。碳納米管用量太小，效率比較低，用量太多，混合可能不夠均勻，質量不能確保。

本發明方法簡單，可以規模化處理，效率高，所得的碳納米管平均長度可控。

目前國內外截短碳納米管的主要方法是強氧化性酸氧化，相比較而言，本發明避免采用強氧化性酸。具有以下特點：(1)碳納米管平均長度可控。(2)不引入新的官能團，不影響進一步改性。(3)污染少。

具體實施方式

實施例1：在兩輥開煉機上將100g乙丙橡膠與10g多壁碳納米管混合，混煉30秒。

將混煉后的橡膠剪碎，用適當的溶劑溶解，離心分離，下層沉淀再用溶劑洗滌多次，以除掉橡膠。最后將沉淀真空干燥，得到截短的碳納米管。

實施例2：在兩輥開煉機上將150g異戊橡膠與30g單壁碳納米管混合，混煉2分鐘。

將混煉后的橡膠剪碎，在N₂氣氛下加熱到500℃，并保持60分鐘，得到截短的碳納米管。

實施例3：在雙螺桿擠出機上將100g丁苯膠與1g多壁碳納米管混合擠出。