[發(fā)明專利]一種羥基化多壁碳納米管-聚硅烷復合材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2013-02-26
• 公開（公告）號: CN103113593A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發(fā)明（設計）人: 尚巖;周珊珊;張桂玲
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C08G77/60
• 分類號: C08G77/60;C08K9/06;C08K7/00;C08K3/04;C08L83/16
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 高會會

1.一種羥基化多壁碳納米管-聚硅烷復合材料的制備方法，其特征在于羥基化多壁碳納米管-聚硅烷復合材料的制備方法是按以下步驟完成的：

一、純化：(1)煅燒：首先在溫度為420℃~480℃下對多壁碳納米管進行煅燒20min~40min，得到煅燒后的多壁碳納米管；(2)硝酸純化：將煅燒后的多壁碳納米管倒入濃度為3mol/L~6mol/L的硝酸水溶液中，并在溫度為20℃~25℃和攪拌速度為500r/min~1000r/min下攪拌12h~24h，然后利用G4砂芯漏斗進行過濾，過濾得到的濾餅采用蒸餾水沖洗，沖洗至濾液的pH=7±0.1為止，即得到硝酸純化后的多壁碳納米管；(3)鹽酸純化：將硝酸純化后的多壁碳納米管加入到濃度為3mol/L~5mol/L的鹽酸水溶液中，并在溫度為75℃~85℃下回流反應6h~8h，然后利用G4砂芯漏斗進行過濾，過濾得到的濾餅采用蒸餾水沖洗，沖洗至濾液的pH=7±0.1為止，即得到鹽酸純化后的多壁碳納米管；(4)干燥：將鹽酸純化后的多壁碳納米管置于真空干燥箱中，并在真空度為0.01MPa~0.03MPa和溫度為50℃~70℃下真空干燥12h~24h，得到的干燥后產(chǎn)物利用研缽進行研磨，即得到純化后多壁碳納米管；步驟一(2)所述煅燒后的多壁碳納米管的質量與濃度為3mol/L~6mol/L的硝酸水溶液的體積比為1g:(30mL~60mL)；步驟一(3)所述硝酸純化后的多壁碳納米管的質量與濃度為3mol/L~5mol/L的鹽酸水溶液的體積比為1g:(30mL~60mL)；

二、多壁碳納米管羥基化：(1)制備硫酸亞鐵溶液：首先將FeSO₄·7H₂O溶于蒸餾水中，然后在攪拌速度為500r/min~1000r/min下攪拌10min~20min，即得到濃度為0.15mol/L~0.8mol/L的硫酸亞鐵水溶液；(2)制備多壁碳納米管/硫酸亞鐵懸浮液：將純化后多壁碳納米管加入到濃度為0.15mol/L~0.8mol/L的硫酸亞鐵水溶液中，并在攪拌速度為500r/min~1000r/min攪拌混勻，即得到多壁碳納米管/硫酸亞鐵懸浮液；(3)羥基化處理：將H₂O₂以滴加速度為2mL/min~12mL/min滴加到步驟二(2)得到的多壁碳納米管/硫酸亞鐵懸浮液中，并在溫度為20℃~25℃和攪拌速度為500r/min～1000r/min的條件下攪拌反應3h～12h，得到羥基化處理后多壁碳納米管懸浮液；(4)凈化干燥處理：首先向步驟二(3)的羥基化多壁碳納米管懸浮液中加入質量分數(shù)為5%~10%的鹽酸水溶液，然后利用G4砂芯漏斗進行過濾，過濾得到的濾餅用蒸餾水沖洗，沖洗至濾液的pH=7±0.1為止，然后置于真空干燥箱中，在溫度為50℃~70℃和真空度為0.01MPa~0.03MPa下真空干燥12h~24h，即得到羥基化多壁碳納米管；步驟二(2)中所述的純化后多壁碳納米管與濃度為0.15mol/L~0.8mol/L的硫酸亞鐵水溶液中FeSO₄的質量比1:(1~5)；步驟二(3)中所述的H₂O₂的體積與步驟二(2)得到的多壁碳納米管/硫酸亞鐵懸浮液中多壁碳納米管的質量比為(30mL~60mL):1g；步驟二(4)中所述的質量分數(shù)為5%~10%的鹽酸水溶液的體積與步驟二(2)得到的多壁碳納米管/硫酸亞鐵懸浮液中多壁碳納米管的質量比為(20mL~50mL):1g；

三、接枝硅烷單體：(1)制備羥基化多壁碳納米管/N,N-二甲基甲酰胺-吡啶懸浮液：首先在攪拌速度為500r/min~1000r/min的條件下將羥基化多壁碳納米管均勻的分散于N,N-二甲基甲酰胺中，然后在攪拌速度為500r/min~1000r/min的條件下加入吡啶，即得到羥基化多壁碳納米管/N,N-二甲基甲酰胺-吡啶懸浮液；(2)制備二氯硅烷/N,N-二甲基甲酰胺溶液：首先將二氯硅烷衍生物加入到N,N-二甲基甲酰胺中，混勻后即得到二氯硅烷/N,N-二甲基甲酰胺溶液；(3)接枝反應：首先在冰浴溫度為-6℃~0℃、攪拌速度為500r/min~1000r/min、氮氣保護和避光條件下以滴加速度為0.5mL/min~4mL/min將步驟三(2)制備的二氯硅烷/N,N-二甲基甲酰胺溶液滴加到步驟三(1)制備的羥基化多壁碳納米管/N,N-二甲基甲酰胺-吡啶懸浮液中，然后在冰浴溫度為-6℃~0℃、攪拌速度為500r/min~1000r/min、氮氣保護和避光條件下反應10min~30min，再在溫度為20℃~25℃、攪拌速度為500r/min~1000r/min、氮氣保護和避光條件下反應1h~3h，最后在溫度為38℃~42℃、攪拌速度為500r/min~1000r/min、氮氣保護和避光條件下反應1h~3h，得到接枝反應產(chǎn)物；(4)洗滌干燥：將步驟三(3)得到的接枝反應產(chǎn)物利用G4砂芯漏斗進行過濾，過濾得到的濾餅采用N,N-二甲基甲酰胺洗滌3~5次，然后置于真空干燥箱中，在溫度為50℃~70℃和真空度為0.01MPa~0.03MPa下真空干燥20h~30h，即得到硅烷-多壁碳納米管；步驟三(1)中所述羥基化多壁碳納米管的質量與N,N-二甲基甲酰胺的體積比為1g:(100mL~400mL)；步驟三(1)中所述羥基化多壁碳納米管的質量與吡啶的體積比為1g:(1mL~5mL)；步驟三(2)中所述二氯硅烷衍生物的質量與N,N-二甲基甲酰胺的體積比為1g:(10mL~20mL)；步驟三(3)中所述羥基化多壁碳納米管/N,N-二甲基甲酰胺-吡啶懸浮液中羥基化多壁碳納米管與二氯硅烷/N,N-二甲基甲酰胺溶液中二氯硅烷衍生物的質量比為1:(3~10)；

四、聚合反應：(1)分散：首先在攪拌速度為1000r/min~1500r/min下將硅烷-多壁碳納米管分散于有機溶劑中，得到硅烷-多壁碳納米管/有機溶劑分散液；(2)加入堿金屬：將堿金屬加入步驟四(1)得到的硅烷-多壁碳納米管/有機溶劑分散液中，并在攪拌速度為1000r/min~1500r/min、溫度為90℃~120℃和氮氣保護下回流10min~30min，得到硅烷-多壁碳納米管/堿金屬懸浮液；(3)制備二氯硅烷/有機溶劑溶液：將二氯硅烷衍生物溶于有機溶劑中，混勻后得到二氯硅烷/有機溶劑溶液；(4)聚合：在攪拌速度為1000r/min~1500r/min、溫度為100℃~120℃、氮氣保護和避光條件下以滴加速度為0.5mL/min~1.5mL/min將步驟四(3)制備的二氯硅烷/有機溶劑溶液滴加到步驟四(2)得到的硅烷-多壁碳納米管/堿金屬懸浮液中，然后在攪拌速度為1000r/min~1500r/min、溫度為100℃~120℃、氮氣保護和避光條件下回流反應3h~8h，然后在攪拌速度為500r/min~1000r/min和氮氣保護下冷卻至室溫，冷卻至室溫后在攪拌速度為500r/min~1000r/min和氮氣保護下加入反應終止劑，得到聚合產(chǎn)物；(5)洗滌干燥：將步驟四(4)得到的聚合產(chǎn)物利用G4砂芯漏斗進行過濾，過濾得到的濾餅采用蒸餾水洗滌3~5次，然后置于真空干燥箱中，在溫度為50℃~70℃和真空度為0.01MPa~0.03MPa下真空干燥20h~30h，即得到羥基化多壁碳納米管-聚硅烷復合材料；步驟四(1)中所述的硅烷-多壁碳納米管的質量與有機溶劑的體積比為1g:(600mL~1000mL)；步驟四(2)中所述的堿金屬與硅烷-多壁碳納米管/有機溶劑分散液中硅烷-多壁碳納米管的質量比為(10~15):1；步驟四(3)中所述的有機溶劑的體積與二氯硅烷衍生物的質量比為(10mL~20mL):1g；步驟四(4)中所述的二氯硅烷/有機溶劑溶液中二氯硅烷衍生物與硅烷-多壁碳納米管/堿金屬懸浮液中硅烷-多壁碳納米管的質量比為(20~60):1；步驟四(4)中所述的反應終止劑的體積與硅烷-多壁碳納米管/堿金屬懸浮液中硅烷-多壁碳納米管的質量比為(300mL~400mL):1g。