[發明專利]一種多層界面結構的碳納米管的修飾方法

在審

• 申請號: 201510426113.2
• 申請日: 2015-07-20
• 公開（公告）號: CN105061812A
• 公開（公告）日: 2015-11-18
• 發明（設計）人: 劉淑強;吳改紅;肖云超;許安;董華;常夢茹;戴晉明
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C08K9/10
• 分類號: C08K9/10;C08K9/06;C08K7/24
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 李富元

技術領域

本發明涉及碳納米管改性領域，具體是一種多層界面結構的碳納米管的修飾方法。

背景技術

碳納米管具有優異的力學性能、導電性以及化學穩定性和熱穩定性，同時，碳納米還具有較好的柔韌性和良好的生物相容性，因而碳納米管成為聚合物基復合材料的理想填料。但是由于碳納米管比表面積大，表面能高，使得碳納米管在聚合物中分散性差、易團聚，與聚合物基相容性差，因此在聚合物中添加碳納米管之前，一般都需要對碳納米管進行修飾或者表面改性處理。

目前，針對碳納米管的改性處理方法，大多采用混酸處理，然后在碳納米管表面引入其他官能團，酸處理法可以在碳納米管表面產生大量的羥基和羧基，方便引入其他官能團，但這種方法容易損傷碳納米管原有的結構和力學性能，且存在酸液處理的問題；也有研究者采用偶聯劑或者表面活性劑單純改性，在一定程度上提高了碳納米管的分散性，但碳納米管與聚合物間的界面結合牢固性差，不能有效傳遞和分散外力，反而容易在碳納米管和聚合物結合處形成斷口，碳納米管與聚合物基的相容性問題未得到改善，因此找到一種既能提高碳納米管的分散性又能改善碳納米管與聚合物基的相容性的處理方法具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：如何同時改善碳納米管的分散性和相容性，從而使碳納米管在聚合物中更好發揮其優異性能。

本發明所采用的技術方案是：一種多層界面結構的碳納米管的修飾方法，按照如下的步驟進行：

步驟一、用偶聯劑修飾碳納米管，首先將偶聯劑預水解，然后將碳納米管加入到預水解后的偶聯劑溶液中，超聲波分散成混合均勻的溶液，在30~80℃攪拌使反應完全，烘干、研磨，獲得用偶聯劑修飾碳納米管；

步驟二、聚乳酸包覆碳納米管，將丙交酯與步驟一制備的用偶聯劑修飾碳納米管放入反應溶劑中，加入催化劑，在氮氣保護下，在90~180℃反應完全，經過離心分離、真空抽濾、無水乙醇洗滌、蒸餾水洗滌、干燥獲得聚乳酸包覆碳納米管。

作為一種優選方式：步驟一中，偶聯劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三甲氧基硅烷、γ-巰丙基三乙氧基硅烷中的任意一種，偶聯劑質量為碳納米管質量的0.5~5%，雖然在具體實施例中以γ-氨丙基三乙氧基硅烷為例進行了說明，但是應該明白所列的其它幾種偶聯劑都是可以使用的。

作為一種優選方式：步驟一中，將偶聯劑預水解是指偶聯劑、無水乙醇、水三者按照質量比偶聯劑:乙醇:水=3:6:1混合后，用鹽酸調整pH值為3~6，在20-50℃水浴溫度下，水解30-60分鐘。

作為一種優選方式：步驟二中，反應溶劑為二甲苯、二甲基酰胺、乙二醇中的任意一種，催化劑為辛酸亞錫，催化劑質量為丙交酯質量的0.1~5%，用偶聯劑修飾碳納米管的質量為丙交酯質量的1~30%。

本發明的有益效果是：本發明首先應用偶聯劑對碳納米管進行表面修飾得到碳納米管-偶聯劑復合物，然后丙交酯單體開環聚合形成聚乳酸包覆碳納米管，得到碳納米管-偶聯劑-聚乳酸核殼結構，以核殼結構對碳納米管單獨封裝，提高了碳納米管的分散性，外包聚乳酸外殼解決了碳納米管與聚乳酸的相容性問題；核殼結構的多層化學鍵鏈接以及不同相的滲透，可以有效的過渡和傳遞外力，偶聯劑軟鏈段層具有一定的柔性、厚度及形變能力，核殼結構的多級界面可以充分發揮碳納米管優異的力學性能，從而大幅提高復合材料的強度和韌性。此制備方法簡單易行，改善效果明顯，改性后的碳納米管的分散性和相容性得到了顯著提高，拓展了碳納米管在聚合物基復合材料的應用前景。

附圖說明

圖1、偶聯劑修飾前碳納米管形貌圖；

圖2、偶聯劑修飾后碳納米管形貌圖；

圖3、聚乳酸包覆碳納米管表面形貌圖；

圖4、納米管-偶聯劑-聚乳酸結構示意圖。

具體實施方式

實施例1

用偶聯劑修飾碳納米管

偶聯劑預水解：稱取0.1g的γ-氨丙基三乙氧基硅烷放入燒杯中，向燒杯中加入無水乙醇0.2g、去離子水0.05g，滴加鹽酸調節pH值為4，室溫下水解30min；

取碳納米管2g，加入到預水解后的偶聯劑溶液中，65℃下超聲分散4h，成均勻的混合溶液；

超聲完成后，將燒杯置于鼓風烘箱中，110℃，蒸發水分，直至徹底烘干；

取出，充分研磨，得到偶聯劑修飾后的碳納米管。