[發明專利]一種馬來酸酐接枝于等離子體活化的碳納米管的制備方法

無效

• 申請號: 201010138773.8
• 申請日: 2010-04-02
• 公開（公告）號: CN101792515A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 王霞;竇仁美;李曉燕;廖圣云;張文靜
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F2/46;C01B31/02
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明屬于碳材料技術領域，具體涉及一種馬來酸酐接枝于等離子體活化 的碳納米管的制備方法。

背景技術

碳納米管具有穩定性高、強度高、韌性大、密度小和良好的導電、傳熱性 能，因而被廣泛用于改善各種高分子材料的性能。碳納米管特殊的軸向楊氏模 量、長徑比和比表面積，使其可以成為聚合物材料的優良的增強體。但是，碳 納米管由于長徑比較大、比表面積大也產生了一些問題即其容易產生自纏繞和 團聚現象。以及碳納米管在聚合物基體中的界面作用導致其在聚合物中相容性 和分散性較差，在實際應用中碳納米管并不能充分發揮其應有的增強作用。因 此，人們通過對碳納米管表面功能化以提高其在聚合物基體中的相容性和分散 性。

碳納米管的表面功能化法包括：直接氟化反應、酸化反應、羥基化法、羥 甲基化法、烷基化法、電化學反應或熱化學反應等。但上述功能化方法都存在 著反應時間長、步驟較為繁瑣、環保性較差，較大程度的破壞碳納米管功能化 位點的sp2結構，從而破壞了碳納米管的電子特性。此外，以上功能化方法在碳 納米管表面接枝的官能團都較小，難以改善其自纏繞以及在聚合物基體中的相 容性和分散性。因此需要將化合物以較長聚合物鏈的形式接枝在碳納米管表面， 同時接枝的聚合物鏈還需具有易與其他基團發生反應的官能團。

馬來酸酐因其結構中的不飽和雙鍵易于發生共聚反應，活性強的酸酐基團 容易與羥基、羧基、氨基等官能團發生反應，馬來酸酐接枝后可以提高碳納米 管與聚合物基體間的粘合力，改善相容性。2007年，Han-Lang?Wu等，采用了用 過氧化二苯甲酰引發的自由基聚合反應在碳納米管表面接枝馬來酸酐，改善了 碳納米管在聚氨酯脲中相容性，提高了聚氨酯脲的性能，但此法存在著反應時 間較長(8小時)，接枝率較低(5.39％)，聚合鏈長較短等缺點。這是由于馬來 酸酐本身是一種難以發生均聚反應的化合物，很難有效地改善碳納米管的自纏 繞、團聚以及與聚合物基體相容性差且難以分散的缺點，此外，用常規加熱法 使馬來酸酐發生自由基聚合反應不僅反應時間長，能耗大，而且反應效率較低。 因此，發展一種環保節能，操作方便，條件溫和，反應迅速的功能化方法具有 重大意義。

發明內容

本發明的目的在于提供一種馬來酸酐接枝于等離子體活化的碳納米管的制 備方法，即通過等離子體技術活化碳納米管，進一步與在微波引發條件下使碳 納米管產生接枝程度較高的碳納米管功能基化方法。

本發明的技術方案

一種馬來酸酐接枝于等離子體活化的碳納米管的制備方法，包括下列步驟：

(1)、等離子體活化碳納米管的制備

稱取一定量的碳納米管，并將其置于等離子反應腔體中，抽真空至 1.0×10^-4Pa后，通入氣壓為13.3Pa，氣流量為20ml/min的高純氬氣15 min；

于功率60W下放電處理10min，通入氣壓為13.3Pa，氣流量為20 ml/min的純氧氣20min，即得等離子體活化的碳納米管；

其中所述的碳納米管的管徑為30～35nm，長度為10～20μm，比 表面積＞60m²/g，容積密度為0.12g/m³；

(2)、馬來酸酐二甲苯溶液的配制

將馬來酸酐在60℃下溶解于二甲苯中，得馬來酸酐二甲苯溶液；

其中馬來酸酐與二甲苯混合的質量體積比既馬來酸酐∶二甲苯為4～ 6.8g∶0.1L；

(3)、等離子體活化的碳納米管超聲處理

將經步驟(1)所得的等離子體活化的碳納米管加入步驟(2)所得的 馬來酸酐二甲苯溶液中并超聲10min，得產物a；

其中等離子體活化的碳納米管的加入量按其與馬來酸酐二甲苯溶液 的質量體積比計算即等離子體活化的碳納米管∶馬來酸酐二甲苯溶液為 4～6.8g∶0.1L；

(4)、微波引發接枝

將步驟(3)所得的產物a在氮氣保護，于溫度為110℃，微波功率 為200～300W下，反應20～60min，得馬來酸酐接枝于等離子體活化的 碳納米管粗品；

(5)、馬來酸酐接枝于等離子體活化的碳納米管粗品的純化