一種改性碳納米管的處理方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及材料科學領域，尤其是一種改性碳納米管的處理方法。
【背景技術】
[0002] 碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力 學、電學和化學性能。近些年隨著碳納米管及納米材料研究的深入其廣闊的應用前景也不 斷地展現出來。但是，目前的碳納米管普遍還存在分散性不理想的問題，容易產生團聚，從 而造成其復合材料的加工和使用性能下降，因此，其使用上往往還需要使用分散劑，而有運 些分散劑往往存在對環境不友好，成本較高的問題。
【發明內容】
[0003] 本發明所要解決的技術問題是提供一種改性碳納米管的處理方法，它能有效提高 碳納米管的分散性，提高碳納米管復合材料的加工和使用性能，并且成本低廉，對環境友 好，W克服現有技術的不足。
[0004] 本發明是運樣實現的：改性碳納米管的處理方法，包括如下步驟， 1) 將碳納米管在過量的硫酸與硝酸的混合溶液中進行反應，獲得表面含有徑基的純化 碳納米管CNT-OH; 2) 按重量份數計算，將22-27份丫-胡蘿h素與9-11份順下二締酸酢加入有機溶劑 中，料液比為31:60-38:60g/ml;充分混合均勻，在130-170°C、氮氣保護下發生D-A反應 3-5h;再向反應后的混合物中加入90-95份環氧氯丙烷W及0. 6-0. 8份漠化胺，加熱回流 5-7h，然后冷卻至65-75°C后，加入過量氨氧化鋼，經洗涂得長鏈化合物；反應公式如下：
3) 將步驟1)中獲得的表面含有徑基的純化碳納米管CNT-OH與步驟2)中獲得的長鏈化 合物按照1 :1的摩爾比例反應，反應條件是1/6摩爾比例的氨氧化鋼、溫度為130-170°C、 氮氣保護下反應3-化，同時加入0. 1-1份的四下基漠化錠回流5-10小時，冷卻至65-75°C 后，加入過量氨氧化鋼，經洗涂即獲得碳納米管接枝環氧化丫-胡蘿h素，從而實現了對碳 納米管的改性；反應公式如下：（運個應該是接枝CNT-0H，不是graphone-OH) 步驟1)中所述的硫酸與硝酸的混合溶液中，硫酸與硝酸的體積
比為I:3,其反應溫度為75-85°C，反應時間為5-7小時。
[0005] 與現有技術相比，本發明通過化學方法處理獲得表面含有徑基的碳納米管，并通 過化學方法獲得長鏈分子產物，再通過化學方法設計條件促發反應，使得長鏈分子接枝到 碳納米管上。運樣的方式可提高碳納米管的分散性、避免團聚，改性長鏈分子來源廣泛，對 環境友好，還有利于改善碳納米管的生物相容性，且提供的改性長鏈分子具有較多活性點， 可提供更多碳納米管改性，使獲得的改性碳納米管具有可調整基體粘度的作用，能改善加 工和使用性能。本發明方法簡單，使用效果好。
【具體實施方式】
[0006] 本發明的實施例1:改性碳納米管的處理方法，包括如下步驟， 1) 將碳納米管在150ml硫酸與硝酸的混合溶液中進行反應，硫酸與硝酸的質量比為1 : 3,在80°C下反應6小時，獲得表面含有徑基的純化碳納米管CNT-OH; 2) 將25g丫 -胡蘿h素與9.Sg順下二締酸酢加入60ml的苯中，充分混合均勻，在 140°C、氮氣保護下發生D-A反應地；再向反應后的混合物中加入9：3g環氧氯丙烷W及0. 7g 漠化胺，加熱回流化，然后冷卻至73°C后，加入過量氨氧化鋼，經洗涂得長鏈化合物； 3) 加入0. 3mol的長鏈化合物到30ml水溶液中，120°C條件下加入0.Imol氨氧化鋼， 氮氣條件下反應化，然后加入0. 3mol的CNT-OH和0. 2g的四下基漠化錠回流化，之后冷 至60°C，再加入過量的氨氧化鋼，洗涂后冷至室溫，即獲得碳納米管接枝環氧化丫-胡蘿h 素，從而實現了對碳納米管的改性。
[0007] 本發明的實施例2 :改性碳納米管的處理方法，包括如下步驟， 1) 將碳納米管在120ml硫酸與硝酸的混合溶液中進行反應，硫酸與硝酸的體積比比為 1 :3,在75°C下反應7小時，獲得表面含有徑基的純化碳納米管CNT-OH; 2) 將22g丫-胡蘿h素與9g順下二締酸酢加入60ml的甲苯中，充分混合均勻，在 170°C、氮氣保護下發生D-A反應地；再向反應后的混合物中加入90g環氧氯丙烷W及0. 6g 漠化胺，加熱回流化，然后冷卻至75°C后，加入過量氨氧化鋼，經洗涂得長鏈化合物； 3) 加入0. 5mol的長鏈化合物到30ml水溶液中，130°C條件下加入0. 15mol氨氧化鋼， 氮氣條件下反應地，然后加入0. 5mol的CNT-OH和0. 5g的四下基漠化錠回流化，之后冷 至70°C，再加入過量的氨氧化鋼，洗涂后冷至室溫，即獲得碳納米管接枝環氧化丫-胡蘿h 素，從而實現了對碳納米管的改性。
[0008] 本發明的實施例3 :改性碳納米管的處理方法，包括如下步驟， 1)將碳納米管在150ml硫酸與硝酸的混合溶液中進行反應，硫酸與硝酸的體積比為1 : 3,在85°C下反應5小時，獲得表面含有徑基的純化碳納米管CNT-OH; 2) 將27g丫-胡蘿h素與Ilg順下二締酸酢加入60ml的乙臘中，充分混合均勻，在 130°C、氮氣保護下發生D-A反應化；再向反應后的混合物中加入90g環氧氯丙烷W及0.6g 漠化胺，加熱回流地，然后冷卻至75°C后，加入過量氨氧化鋼，經洗涂得長鏈化合物； 3) 加入Imol的長鏈化合物到60ml水溶液中，140°C條件下加入0. 3mol氨氧化鋼，氮氣 條件下反應化，然后加入Imol的CNT-OH和Ig的四下基漠化錠回流化，之后冷至80°C，再 加入過量的氨氧化鋼，洗涂后冷至室溫，即獲得碳納米管接枝環氧化丫-胡蘿h素，從而實 現了對碳納米管的改進。
[0009] 將W上實施例獲得的產品進行實驗，具體如下： 準確稱量質量份數0. 03份實施例1~3合成的改性碳納米管分別和99. 97份聚丙締 (牌號T30S，烙體流動速率2. 3g/10min,密度為0. 92g/cm3)，用超聲波分散器分散30分鐘 后通過雙螺桿擠出機進行擠出造粒。對共混擠出物料進行掃描電子顯微鏡觀測，發現碳納 米管無明顯團聚現象，分散性良好。為驗證分散效果，進一步開展了力學性能試驗。
[0010] 所得粒料敞開放置24小時后在80°C下干燥2小時，然后通過注射機制備聚丙締測 試樣條。該樣條在室溫下放置24小時后，進行力學性能測試，沖擊性能按照ASTMD~256 進行測試，拉伸性能按照ASTMD638~82a進行測試，彎曲性能按照ASTMD790進行測試， 相關結果見表1。按照同樣的加工程序將純的PPT30S注射為測試樣條，作為參照進行上述 力學性能測試。力學性能數據顯示，改性碳納米管可W更好的分散于聚合物基體，顯著的提 高了復合材料的力學性能，從而改善了復合材料的加工和力學性能。
[0011] 可見由于分散性的改善，在力學性能上也獲得了提高。
【主權項】
1. 一種改性碳納米管的處理方法，其特征在于：包括如下步驟， 1) 將碳納米管在過量的硫酸與硝酸的混合溶液中進行反應，獲得表面含有羥基的純化 碳納米管CNT-OH ; 2) 按重量份數計算，將22-27份Y-胡蘿卜素與9-11份順丁二烯酸酐加入有機溶劑 中，料液比為31:60-38:60g/ml ;充分混合均勻，在130-170°C、氮氣保護下發生D-A反應 3_5h ;再向反應后的混合物中加入90-95份環氧氯丙烷以及0. 6-0. 8份溴化胺，加熱回流 5_7h，然后冷卻至65-75°C后，加入過量氫氧化鈉，經洗滌得長鏈化合物； 3 )將步驟1)中獲得的表面含有羥基的純化碳納米管CNT-OH與步驟2 )中獲得的長鏈化 合物按照1 :1的摩爾比例反應，反應條件是1/6摩爾比例的氫氧化鈉、溫度為130-170°C、 氮氣保護下反應3-5h，同時加入0. 1-1份的四丁基溴化銨回流5-10小時，冷卻至65-75°C 后，加入過量氫氧化鈉，經洗滌即獲得碳納米管接枝環氧化Y-胡蘿卜素，從而實現了對碳 納米管的改性。2. 根據權利要求1所述的碳納米管改性的處理方法，其特征在于：步驟1)中所述的硫 酸與硝酸的混合溶液中，硫酸與硝酸的體積比為1 :3,其反應溫度為75-85°C，反應時間為 5-7小時。
【專利摘要】本發明公開了一種改性碳納米管的處理方法。本發明通過化學方法處理獲得表面含有羥基的碳納米管，并通過化學方法獲得長鏈分子產物，再通過化學方法設計條件促發反應，使得長鏈分子接枝到碳納米管上。這樣的方式可提高碳納米管的分散性、避免團聚，改性長鏈分子來源廣泛，對環境友好，還有利于改善碳納米管的生物相容性，且提供的改性長鏈分子具有較多活性點，可提供更多碳納米管改性，使獲得的改性碳納米管具有可調整基體粘度的作用，能改善加工和使用性能。本發明方法簡單，使用效果好。
【IPC分類】C08K7/24, C08L23/12, C08K9/04
【公開號】CN105153463
【申請號】CN201510097978
【發明人】王市偉, 魏喜蘋
【申請人】貴州一當科技有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年3月5日