[發明專利]一種改性碳納米管及其制備方法

有效

• 申請號: 201210390461.5
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN102875843A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 梁國正;強志翔;顧嬡娟;張志勇;袁莉
• 申請（專利權）人: 蘇州大學;顧嬡娟
• 主分類號: C08K9/06
• 分類號: C08K9/06;C08K7/00;C08K3/04;C08G81/00;C08G73/02;C09C1/44;C09C3/12
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種改性碳納米管及其制備方法。

背景技術

碳納米管具有較大的長徑比，是一種具有特殊結構的一維量子材料，質輕，六邊形結構完美，具有高模量、高強度，而被認為是多功能材料的理想增強體，其在眾多領域中的應用已引起了各國科學家的普遍關注。其中，碳納米管與聚合物的復合成為碳納米管的一個重要的應用形式。近幾十年國內外學者展開大量研究，結果表明碳納米管的分散性是影響其優異性能能否充分發揮的關鍵因素。然而，碳納米管極易團聚的特性決定了碳納米管難以在聚合物中獲得良好的分散性，因此碳納米管的改性成為碳納米管及其相關材料研發的重要內容。

目前，一個有效改善碳納米管分散性的方法是在碳納米管外形成包覆層。文獻（Mei?Yang,Yong?Gao,Huaming?Li,Alex?Adronov.Functionalization?of?multiwalled?carbon?nanotubes?with?polyamide?6by?anionic?ring-opening?polymerization.Carbon;45;2007;2327–2333.）報道了在異氰酸根化的碳納米管表面通過陰離子開環聚合接枝尼龍6，改性后的碳納米管能均勻的分散在有機溶劑里。但是該方法建立在對碳納米管進行多步化學處理的基礎上，顯著破壞了碳納米管的表面，因此，不利于保持碳納米管原有的性能優勢。

Mai等人同樣在對碳納米管進行多步高溫長時間下的化學處理的基礎上，在碳納米管上化學接枝末端含羥基的超支化聚氨酯（參見文獻：Yingkui?Yang,Xiaolin?Xie,Jingao?Wu,Zhifang?Yang,Xiaotao?Wang,Yiu-Wing?Mai.Multiwalled?Carbon?Nanotubes?Functionalized?by?Hyperbranched?Poly(urea-urethane)s?by?aOne-Pot?Polycondensation.Macromol.Rapid?Commun;2006;27;1695–1701.）。所得到的改性碳納米管能在極性溶劑中具有良好的分散性，但是熱分解溫度低于原始碳納米管。

由上述現有技術可以看到，目前的改性碳納米管制備技術雖然達到了某方面改性的目的，卻不可避免地顯著損傷碳管完美的石墨結構，導致其優異性能降低。因此，研制新型的改性碳納米管及其制備方法具有重要的意義和應用價值。

發明內容

為了克服現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種在保持碳納米管高導電率的前提下，同時達到防止碳納米管團聚和賦予改性碳納米管反應性的雙重作用的改性碳納米管，并且其制備方法具有簡單易行、適于大規模應用的特點。

實現本發明目的的技術方案是提供一種改性碳納米管的制備方法，包括如下步驟：

1、在N₂保護下，按質量比，將10份聚苯胺溶解于500～1000份二甲基亞砜中，得到聚苯胺溶液；在聚苯胺溶液中逐滴加入1～3份含環氧基的超支化聚硅氧烷和0.05～0.1份的鹽酸，在20～50℃的溫度條件下攪拌5～72小時；反應結束后，洗滌、抽濾，去除溶劑，得到超支化聚硅氧烷改性聚苯胺；

2、按質量比，將0.5份的碳納米管與0.025～5份的超支化聚硅氧烷改性聚苯胺加入到15～25份二甲基亞砜中，攪拌并超聲處理20～40min得到反應產物；將反應產物加入40～50份甲醇中沉淀，抽濾并洗滌，得到改性碳納米管。

在本發明技術方案中，所述的碳納米管為單壁或多壁碳納米管，或其組合。所述的聚苯胺為苯胺類單體的聚合物，可以為苯胺、鄰甲苯胺、間氨基苯磺酸、2,3-二甲基苯胺、間甲苯胺、鄰氨基苯磺酸、鄰氨基苯甲酸、間氨基苯甲酸的均聚物，或它們任意組合的共聚物。

在本發明技術方案中，所采用的含環氧基的超支化聚硅氧烷為現有技術，如按公開號為CN102199294A的中國發明專利制備方法可以得到，具體步驟是：按摩爾比，將11～16份蒸餾水與10份含環氧基團的三烷氧基硅烷混合均勻，加入30～60份溶劑無水乙醇，再在攪拌條件下緩慢滴加0.001～0.003份催化劑；滴加完畢后升溫至50～60℃，反應4～7小時后，經洗滌、干燥，得到含環氧基的超支化聚硅氧烷。所述的催化劑為鹽酸、硫酸、對甲苯磺酸、四甲基氫氧化銨、四乙基氫氧化銨、氫氧化鈉或氫氧化鉀。所述的含環氧基的三烷氧基硅烷為3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-環氧環己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-環氧環己烷烷基)乙基三乙氧基硅烷，或它們的任意組合。