专利名称：一种碳纳米管功能基化的方法
技术领域：
本发明涉及碳材料技术领域，更具体的说是涉及一种碳纳米管功能基 化的方法。
背景技术：
碳纳米管(CNTs)以其纳米级直径、高长径比而具有优异的力学、电 学、热学、磁学等性能，因而可应用于电子、航天等高科技领域。然而， 由于CNTs极差的相容性和分散性使其易产生自缠绕和团聚现象，使得其 在实际应用中并不能充分发挥作用。为此，人们提出通过对CNTs改性的 方法提高其在基体中的相容性和分散性。目前可用于CNTs功能基化的方 法主要有直接氟化反应、酸化反应、卡宾加成、自由基反应、电化学反 应或热化学反应、环加成反应、叠氮反应和亲电加成反应等。但上述方法 均不同程度存在反应步骤繁瑣、.反应周期长、成本高、环保性能差、功能 基化程度低、对CNTs的固有结构有较大的破坏且不适合大规模工业生产 等问题。马来酸酐是一种含有多种官能团的化合物，分子结构中的不饱和 双键易于发生共聚反应，活性强的酸酐基团容易与羟基、羧基、氨基等官 能团发生开环加成反应，马来酸酐接枝相容剂作为无机填料表面处理剂可 以提高无机填料和有机树脂的粘合力，改善无机填料与有机树脂相容性，从 而提高复合材料的机械强度、韧性、耐热性和导电性，因此马来酸軒是功 能化CNTs的优良试剂。2007年，Tseng等建立了通过直接注入马来酸酐 单体溶液进行等离子体功能化CNTs的方法，该方法简单、易行、但却存 在接技率低(最高仅为6.4%)且难以控制等问题，而难以最大程度发挥 CNTs的作用。因此开发一种方法简单、经济、环保、不破坏CNTs的固有 结构、功能基化程度高的CNTs功能基化方法具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、经济、环保、不破坏碳 纳米管固有结构、功能基化程度高的碳纳米管功能基化的方法。
本发明技术方案 一种碳纳米管功能基化的方法，包括下列步骤
a. 将质量0.2g碳纳米管置于等离子体沉积炉中，抽本底真空至6.5x
1(^Pa后，通入高纯氩气,调节腔室压力为13.3Pa;
b. 于功率50W下放电处理5min，通大气15 min,取出碳纳米管；
c. 在容器中，依次加入经步骤b处理的0.2g碳纳米管、4.0g的马来 酸酐和100mL苯类溶剂，超声分散30min后通入氮气保护，于60- 130 °C 下搅拌回流5 10h;
d. 步骤c所得固体产物真空抽滤，并用丙酮洗涤6次直至纯净，于80
'C下真空干燥6h，即完成对碳纳米管的功能基化。
本发明的技术效果本发明从原理上讲是用氩等离子体处理CNTs,让 其暴露于空气中，使其表面产生大量的羟基过氧化物和过氧化物，引发马 来酸酐在CNTs表面接枝改性的方法。该法与直接氟化反应、酸化反应、卡 宾加成、自由基反应、电化学反应等CNTs功能基化方法的主要区别在于在 碳纳米管的表面引入大量含氧自由基团。为获得包覆均匀、接技率高的 CNTs，可釆用先等离子体处理后热引发诱导接枝的两步功能化方法。等离 子体处理在CNTs表面形成含氧自由基，提高其与马来酸酐的相容性；热引 发诱导接枝过程中，筛选适宜的接枝条件使CNTs表面进一步为更多的马来 酸酐分子所包覆，随着反应的进行接枝反应完成，最终形成表面包覆均匀 的功能基化碳纳米管。CNTs表面的含氧自由基在热引发诱导接枝条件下可 极大提高其与马来酸酐的相容性，从而获得高度功能基化的CNTs。具体而 言 一、本发明通过氩等离子体作用下CNTs表面形成的自由基，极大提高 了其与马来酸酐的相容性；二、本发明可获得表面包覆均匀、接技率高达 12.8%的功能基化碳纳米管；三、本发明原料易得，操作简单，仪器设备简 便，接枝率高且易控，处理方便，易于工业化，为CNTs的表面改性、解缠绕和解聚集提供了新的途径。
图l为本发明实施例i的产物的透射电镜照片；
图2为本发明实施例1的产物的红外光谱；
图3为本发明实施例1的产物的热重分析图。
具体实施例方式
下面通过附图和实施例对本发明进一步详细描述， 一种碳纳米管功能 基化的方法，包括下列步骤
a. 将质量0.2g碳纳米管置于等离子体沉积炉中，抽本底真空至6.5x
1()4Pa后，通入高纯氩气，调节腔室压力为13.3Pa;
b. 于功率50W下放电处理5min，通大气15 min,取出碳纳米管；
c. 在容器中，依次加入经步骤b处理的0.2g碳纳米管、4.0g的马来 酸酐和100 mL苯类溶剂，超声分散30 min后通入氮气保护，于60~130 'C下搅拌回流5-10h;
d. 步骤c所得固体产物真空抽滤，并用丙酮洗涤6次直至纯净，于80 'C下真空干燥6h,即完成对碳纳米管的功能基化。
实施例1
(1) 将质量0.2000 g的CNTs置于等离子体沉积炉中，抽本底真空至 6.5xlO"Pa后，通入高纯氩气，调节腔室压力为13.3 Pa。
(2) 于功率50W下放电处理5分钟，通大气15分钟，取出CNTs
(3) 于一 250mL三口圆底烧瓶中，依次加入步骤(2)所得CNTs 、 4.00 g的马来酸酐和100mL的二甲苯，超声分散30min后，通入氮气保护，于ll(TC下搅拌回流10h。
(4)将步骤(3)所得固体产物真空抽滤，并用丙酮洗涤6次直至纯净， 于8(TC下真空干燥6h,即获得本发明的产品。
通过透射电子显微镜、红外光谱仪、热重分析仪等表征产物的形貌、结 构组成及接技率。透射电镜结果表明，直径约20nm的碳纳米管表面均勾包 覆了一层厚度为50nm的马来酸酐；红外光谱中明显在1780和1870 cm"波数 处可观察到马来酸酐的特征吸收峰；热重计算所得接枝率为12.8%。 实施例2
步骤(3)中，反应温度为8(TC，其他条件和步骤与实施例l完全相同，所 得产物的接枝率为2.67%。 实施例3
步骤(3)中，反应温度为130°C,其他条件和步骤与实施例1完全相同， 所得产物的接枝率为2.85%。 实施例4
步骤(3)中，反应温度为60°C,其他条件和步骤与实施例1完全相同，所 得产物的接枝率为0.45%。 实施例5
步骤(3)中，反应时间为5h,其他条件和步骤与实施例1完全相同，所 得产物的接技率为8.14%。
所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所 作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围
权利要求
1.一种碳纳米管功能基化的方法，包括下列步骤a.将质量0.2g碳纳米管置于等离子体沉积炉中，抽本底真空至6.5×10-4Pa后，通入高纯氩气，调节腔室压力为13.3Pa；b.于功率50W下放电处理5min，通大气15min，取出碳纳米管；c.在容器中，依次加入经步骤b处理的0.2g碳纳米管、4.0g的马来酸酐和100mL苯类溶剂，超声分散30min后通入氮气保护，于60～130℃下搅拌回流5～10h；d.步骤c所得固体产物真空抽滤，并用丙酮洗涤6次直至纯净，于80℃下真空干燥6h，即完成对碳纳米管的功能基化。
全文摘要
本发明公开了一种碳纳米管功能基化的方法，其步骤是(1)将称重的CNTs置于等离子体沉积炉中，抽真空后通入氩气，调腔室压力至13.3Pa；(2)功率50W下放电，通大气后取出CNTs；(3)按比例依次将CNTs、马来酸酐和苯类溶剂放入烧瓶中，超声分散，通入氮气保护，于60～130℃下搅拌回流5～10h(4)真空抽滤，丙酮洗涤至纯净，80℃真空干燥，即完成功能基化的CNTs。本发明通过等离子体诱导接枝技术改善CNTs与马来酸酐的相容性，获得了接枝率高达12.8％的改性CNTs，原料易得，操作简单。
文档编号C01B31/00GK101407321SQ200810202019
公开日2009年4月15日 申请日期2008年10月30日 优先权日2008年10月30日
发明者廖圣云, 捷 张, 杨俊和, 霞 王, 贾润萍, 奇 陈 申请人:上海应用技术学院