一种改性碳纳米管的处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及材料科学领域，尤其是一种改性碳纳米管的处理方法。
【背景技术】
[0002] 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力 学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不 断地展现出来。但是，目前的碳纳米管普遍还存在分散性不理想的问题，容易产生团聚，从 而造成其复合材料的加工和使用性能下降，因此，其使用上往往还需要使用分散剂，而有运 些分散剂往往存在对环境不友好，成本较高的问题。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是提供一种改性碳纳米管的处理方法，它能有效提高 碳纳米管的分散性，提高碳纳米管复合材料的加工和使用性能，并且成本低廉，对环境友 好，W克服现有技术的不足。
[0004] 本发明是运样实现的：改性碳纳米管的处理方法，包括如下步骤， 1) 将碳纳米管在过量的硫酸与硝酸的混合溶液中进行反应，获得表面含有径基的纯化 碳纳米管CNT-OH; 2) 按重量份数计算，将22-27份丫-胡萝h素与9-11份顺下二締酸酢加入有机溶剂 中，料液比为31:60-38:60g/ml;充分混合均匀，在130-170°C、氮气保护下发生D-A反应 3-5h;再向反应后的混合物中加入90-95份环氧氯丙烷W及0. 6-0. 8份漠化胺，加热回流 5-7h，然后冷却至65-75°C后，加入过量氨氧化钢，经洗涂得长链化合物；反应公式如下：
3) 将步骤1)中获得的表面含有径基的纯化碳纳米管CNT-OH与步骤2)中获得的长链化 合物按照1 :1的摩尔比例反应，反应条件是1/6摩尔比例的氨氧化钢、溫度为130-170°C、 氮气保护下反应3-化，同时加入0. 1-1份的四下基漠化锭回流5-10小时，冷却至65-75°C 后，加入过量氨氧化钢，经洗涂即获得碳纳米管接枝环氧化丫-胡萝h素，从而实现了对碳 纳米管的改性；反应公式如下：（运个应该是接枝CNT-0H，不是graphone-OH) 步骤1)中所述的硫酸与硝酸的混合溶液中，硫酸与硝酸的体积
比为I:3,其反应溫度为75-85°C，反应时间为5-7小时。
[0005] 与现有技术相比，本发明通过化学方法处理获得表面含有径基的碳纳米管，并通 过化学方法获得长链分子产物，再通过化学方法设计条件促发反应，使得长链分子接枝到 碳纳米管上。运样的方式可提高碳纳米管的分散性、避免团聚，改性长链分子来源广泛，对 环境友好，还有利于改善碳纳米管的生物相容性，且提供的改性长链分子具有较多活性点， 可提供更多碳纳米管改性，使获得的改性碳纳米管具有可调整基体粘度的作用，能改善加 工和使用性能。本发明方法简单，使用效果好。
【具体实施方式】
[0006] 本发明的实施例1:改性碳纳米管的处理方法，包括如下步骤， 1) 将碳纳米管在150ml硫酸与硝酸的混合溶液中进行反应，硫酸与硝酸的质量比为1 : 3,在80°C下反应6小时，获得表面含有径基的纯化碳纳米管CNT-OH; 2) 将25g丫 -胡萝h素与9.Sg顺下二締酸酢加入60ml的苯中，充分混合均匀，在 140°C、氮气保护下发生D-A反应地；再向反应后的混合物中加入9：3g环氧氯丙烷W及0. 7g 漠化胺，加热回流化，然后冷却至73°C后，加入过量氨氧化钢，经洗涂得长链化合物； 3) 加入0. 3mol的长链化合物到30ml水溶液中，120°C条件下加入0.Imol氨氧化钢， 氮气条件下反应化，然后加入0. 3mol的CNT-OH和0. 2g的四下基漠化锭回流化，之后冷 至60°C，再加入过量的氨氧化钢，洗涂后冷至室溫，即获得碳纳米管接枝环氧化丫-胡萝h 素，从而实现了对碳纳米管的改性。
[0007] 本发明的实施例2 :改性碳纳米管的处理方法，包括如下步骤， 1) 将碳纳米管在120ml硫酸与硝酸的混合溶液中进行反应，硫酸与硝酸的体积比比为 1 :3,在75°C下反应7小时，获得表面含有径基的纯化碳纳米管CNT-OH; 2) 将22g丫-胡萝h素与9g顺下二締酸酢加入60ml的甲苯中，充分混合均匀，在 170°C、氮气保护下发生D-A反应地；再向反应后的混合物中加入90g环氧氯丙烷W及0. 6g 漠化胺，加热回流化，然后冷却至75°C后，加入过量氨氧化钢，经洗涂得长链化合物； 3) 加入0. 5mol的长链化合物到30ml水溶液中，130°C条件下加入0. 15mol氨氧化钢， 氮气条件下反应地，然后加入0. 5mol的CNT-OH和0. 5g的四下基漠化锭回流化，之后冷 至70°C，再加入过量的氨氧化钢，洗涂后冷至室溫，即获得碳纳米管接枝环氧化丫-胡萝h 素，从而实现了对碳纳米管的改性。
[0008] 本发明的实施例3 :改性碳纳米管的处理方法，包括如下步骤， 1)将碳纳米管在150ml硫酸与硝酸的混合溶液中进行反应，硫酸与硝酸的体积比为1 : 3,在85°C下反应5小时，获得表面含有径基的纯化碳纳米管CNT-OH; 2) 将27g丫-胡萝h素与Ilg顺下二締酸酢加入60ml的乙腊中，充分混合均匀，在 130°C、氮气保护下发生D-A反应化；再向反应后的混合物中加入90g环氧氯丙烷W及0.6g 漠化胺，加热回流地，然后冷却至75°C后，加入过量氨氧化钢，经洗涂得长链化合物； 3) 加入Imol的长链化合物到60ml水溶液中，140°C条件下加入0. 3mol氨氧化钢，氮气 条件下反应化，然后加入Imol的CNT-OH和Ig的四下基漠化锭回流化，之后冷至80°C，再 加入过量的氨氧化钢，洗涂后冷至室溫，即获得碳纳米管接枝环氧化丫-胡萝h素，从而实 现了对碳纳米管的改进。
[0009] 将W上实施例获得的产品进行实验，具体如下： 准确称量质量份数0. 03份实施例1~3合成的改性碳纳米管分别和99. 97份聚丙締 (牌号T30S，烙体流动速率2. 3g/10min,密度为0. 92g/cm3)，用超声波分散器分散30分钟 后通过双螺杆挤出机进行挤出造粒。对共混挤出物料进行扫描电子显微镜观测，发现碳纳 米管无明显团聚现象，分散性良好。为验证分散效果，进一步开展了力学性能试验。
[0010] 所得粒料敞开放置24小时后在80°C下干燥2小时，然后通过注射机制备聚丙締测 试样条。该样条在室溫下放置24小时后，进行力学性能测试，冲击性能按照ASTMD~256 进行测试，拉伸性能按照ASTMD638~82a进行测试，弯曲性能按照ASTMD790进行测试， 相关结果见表1。按照同样的加工程序将纯的PPT30S注射为测试样条，作为参照进行上述 力学性能测试。力学性能数据显示，改性碳纳米管可W更好的分散于聚合物基体，显著的提 高了复合材料的力学性能，从而改善了复合材料的加工和力学性能。
[0011] 可见由于分散性的改善，在力学性能上也获得了提高。
【主权项】
1. 一种改性碳纳米管的处理方法，其特征在于：包括如下步骤， 1) 将碳纳米管在过量的硫酸与硝酸的混合溶液中进行反应，获得表面含有羟基的纯化 碳纳米管CNT-OH ; 2) 按重量份数计算，将22-27份Y-胡萝卜素与9-11份顺丁二烯酸酐加入有机溶剂 中，料液比为31:60-38:60g/ml ;充分混合均匀，在130-170°C、氮气保护下发生D-A反应 3_5h ;再向反应后的混合物中加入90-95份环氧氯丙烷以及0. 6-0. 8份溴化胺，加热回流 5_7h，然后冷却至65-75°C后，加入过量氢氧化钠，经洗涤得长链化合物； 3 )将步骤1)中获得的表面含有羟基的纯化碳纳米管CNT-OH与步骤2 )中获得的长链化 合物按照1 :1的摩尔比例反应，反应条件是1/6摩尔比例的氢氧化钠、温度为130-170°C、 氮气保护下反应3-5h，同时加入0. 1-1份的四丁基溴化铵回流5-10小时，冷却至65-75°C 后，加入过量氢氧化钠，经洗涤即获得碳纳米管接枝环氧化Y-胡萝卜素，从而实现了对碳 纳米管的改性。2. 根据权利要求1所述的碳纳米管改性的处理方法，其特征在于：步骤1)中所述的硫 酸与硝酸的混合溶液中，硫酸与硝酸的体积比为1 :3,其反应温度为75-85°C，反应时间为 5-7小时。
【专利摘要】本发明公开了一种改性碳纳米管的处理方法。本发明通过化学方法处理获得表面含有羟基的碳纳米管，并通过化学方法获得长链分子产物，再通过化学方法设计条件促发反应，使得长链分子接枝到碳纳米管上。这样的方式可提高碳纳米管的分散性、避免团聚，改性长链分子来源广泛，对环境友好，还有利于改善碳纳米管的生物相容性，且提供的改性长链分子具有较多活性点，可提供更多碳纳米管改性，使获得的改性碳纳米管具有可调整基体粘度的作用，能改善加工和使用性能。本发明方法简单，使用效果好。
【IPC分类】C08K7/24, C08L23/12, C08K9/04
【公开号】CN105153463
【申请号】CN201510097978
【发明人】王市伟, 魏喜苹
【申请人】贵州一当科技有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年3月5日