[發明專利]一種高分散酰胺化低維碳材料的改性方法

在審

• 申請號: 202210224665.5
• 申請日: 2022-03-07
• 公開（公告）號: CN114539624A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 崔升;馬悅程;王雪;王榮吉;王智超
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: C08K9/02
• 分類號: C08K9/02;C08K9/04;C08K9/00;C08K7/06;C08K3/04
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤

本發明涉及一種高分散酰胺化低維碳材料的改性方法。利用酸對低維碳材料進行預處理，通過改進球磨法和離心及冷凍干燥，制得高分散酰胺化低維碳材料。該類碳材料具有優異的分散性，該工藝操作簡便易行，該酰胺化低維碳材料的制備方法的提出有利于推動碳材料產業升級，解決目前成本高、操作不變、成功率低等問題。

技術領域

本發明屬于改性低維碳材料的制備工藝領域，具體涉及一種簡易的高分散酰胺化低維碳材料的改性方法。

背景技術

由于具有奇特的微觀結構和優異的力學性能,碳纖維(CF)、碳納米管(CNTs)、石墨烯(GN)等低維碳材料在高性能聚合物基復合材料領域的研究相當廣泛。低維碳材料一般都呈團束狀纏繞聚集，很難分開，其中未改性的碳纖維表面致密難以在溶劑中穩定分散1h，未改性碳納米管和石墨烯懸濁液靜置12h后便會形成分層。這種難于分散的性質限制了低維碳材料其在許多領域的應用。因此，在使用低維碳材料之前必須對其進行處理，去除雜質，改良性能，使之能夠在基體中均勻分散，以符合實驗要求。且研究發現經過化學修飾而帶有各種官能團的低維碳材料衍生物可用作高分子交聯劑構成三維骨架以增強材料的力學性能。

王寶民等人(王寶民,韓瑜,宋凱,張婷婷.碳納米管的表面修飾及分散機理研究[J].中國礦業大學報,2012,41(05):758-763.),以阿拉伯膠(GA)為分散劑(SAA),采用SAA超聲處理法對MWCNTs進行表面修飾,制備了分散性能良好的MWCNTs懸浮液.采用紫外分光光譜吸光度法(UV-vis)定量分析及TEM測試表征了GA對MWCNTs分散性能的影響,結果表明:當GA質量濃度為0.45g/L時,懸浮液中MWCNTs質量濃度達到最大值,為初始質量濃度的90.67％,且懸浮液相當穩定,靜80h,MWCNTs質量濃度降低11.45％。表明分散劑等物理修飾效率低，改性效果不佳。程建麗等人(一種碳材料的表面改性方法.CN104445134A)利用一鍋水熱法在碳納米管和石墨烯表面，接枝葡萄糖和蔗糖，改善了其在分散液中的穩定性，但碳納米管及石墨烯本身分散性穩定性較好，因此對于分散性的提高并不明顯且需要在水熱反應釜中進行，反應溫度高，烘箱干燥后納米碳材料易二次團聚。柯剛等人(柯剛,韋星船,劉曉國,劉自力,馮勇躍.碳納米管-雙(4-氨基苯基醚)衍生物的合成[J].化工新型材料,2009,37(07):47-49.)采用雙(4-氨基苯基醚)(ODA)修飾多壁碳納米管(MWNTs),合成出結構新穎的衍生物MWNT-ODA。FTIR分析表明,ODA分子通過酰胺鍵與MWNTs共價鍵接。MWNT-ODA中MWNTs的含量約為43.5％(質量含量),并可溶于N,N’-二甲基甲酰胺等極性有機溶劑。但水熱反應溫度過高，涉及氫氟酸等危險物品，生產流程長，反應繁瑣不易重復，得到的樣品常溫干燥，易產生二次團聚現象。

發明內容

本發明的目的是為了解決低維碳材料難分散，制作周期長，制備成本高，成品易二次團聚等一系列問題，而提供一種簡易的高分散酰胺化低維碳材料的改性方法。

本發明的技術方案為：一種高分散酰胺化低維碳材料的改性方法，其具體步驟如下：

(1)將低維碳材料放入硝酸中冷凝回流，離心洗滌后放入烘箱烘干得到酸化低維碳材料；

(2)將酸化后的低維碳材料、乙醇和酰胺化改性劑按質量比為1:(1～3):(0.2～0.5)放入球磨機球磨得到酰胺化碳材料；

(3)向球磨得到的酰胺化碳材料中依次加入有機溶劑、去離子水離心；

(4)將離心后的酰胺化改性碳材料真空凍干，得到改性的酰胺化低維碳材料。

優選步驟(1)中所述的低維碳材料為碳纖維(CF)、碳納米管(CNTs)或石墨烯(GN)中的一種或幾種；硝酸的質量濃度為50％～68％；低維碳材料的質量與硝酸的體積的比為1/20～1/60g/ml。