[發(fā)明專利]水油兩溶性的碳納米管復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410566728.0
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN104356423B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李世云;王浩;吳海北;常振軍;張嬌霞
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號: C08K9/08
• 分類號: C08K9/08;C08K7/24;C08F292/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功能納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水油兩溶性的碳納米管材料及其制備方法。

背景技術(shù)

碳納米管因其特殊的管狀結(jié)構(gòu)及其特異的性能，在復(fù)合材料、電學(xué)材料、儲氫及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域引起人們的廣泛關(guān)注。但是它在溶劑中的不溶性以及與高分子材料的相容性較差，制約了它的實(shí)際應(yīng)用和研究，因此需要對其進(jìn)行改性，增加其在溶劑中的溶解性用以提高在復(fù)合材料中的分散度。科學(xué)家們已提出多種制備可溶性碳納米管的方法，其中最常用的一個(gè)方法就是先通過氧化作用對碳納米管進(jìn)行化學(xué)改性，再采用功能分子對其進(jìn)行有機(jī)改性。但是這種方法由于伴隨著對碳納米管的切割，使其表面的結(jié)構(gòu)遭到破壞，不可避免地破壞了碳納米管的性能

發(fā)明內(nèi)容

解決的技術(shù)問題：本發(fā)明旨在拓寬碳納米管的應(yīng)用，在不破壞碳納米管結(jié)構(gòu)的前提下，提高碳納米管的溶解性，提供一種水油兩溶性的碳納米管材料及其制備方法。

技術(shù)方案：水油兩溶性的碳納米管復(fù)合材料的制備方法，在惰性氣氛中，將多壁碳納米管與引發(fā)劑加熱混合，制備得負(fù)載引發(fā)劑的碳納米管，其中多壁碳納米管與引發(fā)劑的摩爾比例為1∶1～1∶50；將負(fù)載引發(fā)劑的碳納米管通過超聲分散在溶劑中，通入氮?dú)膺M(jìn)行保護(hù)，攪拌下加入馬來酸酐單體，碳納米管與馬來酸酐單體比例為1∶1～1∶50；保持反應(yīng)溫度在20～70℃預(yù)熱0.1～2小時(shí)后，恒壓滴液漏斗滴加苯乙烯單體，控制滴加速度0.1-2小時(shí)內(nèi)滴加完畢，再保溫反應(yīng)0.1～12小時(shí)；冷卻至室溫，分離洗滌干燥，得到水油兩溶性的碳納米管復(fù)合材料，其中苯乙烯單體與馬來酸酐的摩爾比為1∶0.05～1∶50。

所述引發(fā)劑為偶氮二異丁腈(AIBN)。

所述苯乙烯單體中含有調(diào)節(jié)分子量的α-甲基苯乙烯。

所述偶氮二異丁腈使用前使用無水乙醇重結(jié)晶純化處理，過濾后室溫真空干燥后備用；苯乙烯單體去除阻聚劑并干燥后使用。

所述溶劑為甲醇或丙酮。

所述制備方法制得的水油兩溶性的碳納米管復(fù)合材料。

所述復(fù)合材料的碳納米管直徑為1-100納米，長度為0.1-50微米。

有益效果：本發(fā)明制備的兩溶性碳納米管采用兩親性苯乙烯-g-馬來酸酐共聚物改善碳納米管的溶解性，過程安全簡單，原料易得，可實(shí)施性高。

本發(fā)明的反應(yīng)條件溫和，在改善碳納米管溶解性的同時(shí)極大程度的保留了碳納米管本身的結(jié)構(gòu)與特性。

本發(fā)明在溶劑中利用偶氮二異丁腈來打開碳納米管的π鍵，同時(shí)將偶氮二異丁腈負(fù)載到碳納米管上，以其作為引發(fā)劑引發(fā)苯乙烯單體和馬來酸酐在碳納米管表面共聚合得到兩親性苯乙烯-馬來酸酐共聚物接枝的碳納米管。并通過苯乙烯-馬來酸酐嵌段共聚物的兩親性增強(qiáng)碳納米管的可溶性，此實(shí)驗(yàn)方法過程安全、簡便且原料廉價(jià)易得，通過一類簡便、有效且經(jīng)濟(jì)的方法來制備水-油兩溶性的碳納米管，此類方法并無報(bào)道。

兩溶性碳納米管是指對碳納米管的溶解性進(jìn)行改善，使其在水、油為代表的兩類溶劑中能夠穩(wěn)定的分散，同時(shí)又盡量不改變碳納米管本身所具有的其他優(yōu)越的性能。本發(fā)明利用自由基反應(yīng)制備可以水、油兩溶性的碳納米管。制備的可溶性碳納米管可用于制備超高強(qiáng)度復(fù)合材料，同時(shí)也在污水處理技術(shù)及醫(yī)藥制備等多個(gè)領(lǐng)域有著誘人的應(yīng)用潛力。

附圖說明

圖1為9個(gè)1.5毫克比對樣品分別加入于10毫升水溶液樣品瓶中，超聲30分鐘后分別靜置2小時(shí)和24小時(shí)水溶液中的溶解效果比較圖。比對樣品為純碳納米管(a)和8個(gè)實(shí)施例得到的兩溶性碳納米管分別標(biāo)記為：(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)，(其中實(shí)施例1-8產(chǎn)物分別為(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i))。

圖2同樣為9個(gè)1.5毫克比對樣品分別加入于10毫升丙酮溶液樣品瓶中，超聲30分鐘后分別靜置2小時(shí)和24小時(shí)丙酮溶液中的溶解效果比較圖。比對樣品為純碳納米管(a)和8個(gè)實(shí)施例得到的兩溶性碳納米管分別標(biāo)記為：(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)，(其中實(shí)施例1-8產(chǎn)物分別為(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i))。