[發明專利]一種聚合物碳納米管復合結構及其制備方法

無效

• 申請號: 200910044930.6
• 申請日: 2009-01-06
• 公開（公告）號: CN101531822A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 張玲;陶濤;李春忠
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C08L101/00
• 分類號: C08L101/00;C08K3/04;C08L23/06;C08L23/12;C08L67/02;C08J5/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 胡紅芳

技術領域

本發明屬于碳納米管表面處理及碳納米管/聚合物復合材料制備技術領域，具體涉及一種在聚合物基體及溶劑中具有良好分散性的聚合物碳納米管復合結構及其制備方法。

背景技術

碳納米管具有超強的力學性能、極大的長徑比、良好的電學性能、很高的化學和熱穩定性等，在納米器件、微電子、結構和功能復合材料等領域有著重要的應用前景。但由于其極小的尺寸，碳管束的剝離、在基體相中的良好分散以及界面結合是制備納米碳管復合材料的瓶頸所在。因此，功能化碳納米管的可控修飾方法以及功能化單元對保證碳納米管在聚合物中的良好分散和界面結合性能具有重要的應用價值。

目前碳納米管的功能化研究方向主要有化學改性和物理改性兩種?；瘜W改性方法是將功能化基團直接鍵接到碳管表面或是碳管表面的缺陷位置，也可通過原位聚合反應在納米碳管的表面包裹一層聚合物膜，化學改性法在一定程度上破壞了碳管的結構，是以削弱碳管的力學和電學性能為代價的。物理改性方法則是采用表面活性劑、齊聚物和聚合物等對碳納米管進行物理吸附改性，以增強其可溶性，但由于非共價鍵作用力較弱，其產物往往不穩定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新的聚合物碳納米管復合結構，經處理后所述聚合物以半結晶形式均勻分散于所述碳納米管中，能很大程度地提高碳納米管在聚合物基體以及溶劑中的分散性，在保持碳納米管原有的力學和電學性能的前提下具有很好的穩定性。所述聚合物的片晶從單根碳納米管表面垂直外延生長而出，且在碳納米管上按一定周期排布，其結構類似于聚合物在剪切場下形成的串晶結構(shish-kebab晶)。

本發明的另一目的是提供一種使用聚合物與碳納米管制備上述復合結構的方法，該方法包括如下步驟和條件：

(1)將碳納米管按0.01～0.1wt％的質量分數加入到有機溶劑中，超聲分散1～4小時，得到碳納米管懸浮液滴；

(2)將聚合物按0.01～10wt％的質量分數加入到與步驟1)相同的有機溶劑中，升溫到聚合物熔點，待聚合物溶解得到聚合物溶液；

(3)將碳納米管懸浮液滴加到聚合物溶液中得到混合溶液，恒溫10分鐘；將上述混合溶液緩慢降溫至室溫，過濾得到產物。

上述方法中步驟1)所述的碳納米管為單壁碳納米管或者多壁碳納米管；步驟1)、2)所述的有機溶劑為鄰二氯苯、環己烷、對二甲苯、二甲基亞砜中的一種；步驟2)所述的聚合物為聚乙烯、聚乙烯醇、聚對苯二甲酸丁二醇酯、尼龍6，6等結晶聚合物。

附圖說明

圖1是聚乙烯/單壁碳納米管復合結構的SEM分析圖譜；

圖2是靜置3個月后未處理的單壁碳納米管與聚乙烯/單壁碳納米管復合結構在對二甲苯中的分散對比圖；

圖3是聚對苯二甲酸丁二醇酯/多壁碳納米管復合結構TEM分析圖譜；

圖4是聚丙烯/多壁碳納米管復合結構HR-TEM分析圖譜。

具體實施方式

下面通過實施例對本發明進行具體描述。有必要在此指出的是以下實施例只用于對本發明作進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的專業技術人員根據本發明的內容作出的一些非本質的改進和調整，仍屬于本發明的保護范圍。

實施例1

稱取1mg單壁碳納米管加入到裝有3ml鄰二氯苯的試管中，超聲處理3h；同時稱取2mg高密度聚乙烯加入到裝有10ml鄰二氯苯的試管中，置于溫度設定為140℃的恒溫油浴中溶解；將超聲處理后的單壁碳納米管懸浮液加入到聚乙烯溶液中，在140℃下恒溫10min；取出混合溶液，讓其自然降溫至室溫；過濾干燥即獲得固體產物。聚乙烯/單壁碳納米管復合結構SEM分析圖譜如圖1所示。

從圖1可看出：聚乙烯片晶在單壁碳納米管表面形成周期排布，完全包裹碳納米管，并且碳納米管彼此分離。

聚乙烯/單壁碳納米管復合結構在對二甲苯中分散，靜置3個月后的分散對比圖如圖2所示，其中左側為未處理的單壁碳納米管；右側為聚乙烯/單壁碳納米管復合結構的分散；從圖2可以看出：在對二甲苯中靜置3個月后，聚乙烯/單壁碳納米管復合結構仍保持很好的分散性，而未處理的單壁碳納米管則分散性很差。

實施例2