一种改性碳纳米管及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种改性碳纳米管及其制备方法，它为聚乙烯醇改性的碳纳米管。将碳纳米管与一定量的聚乙烯醇混溶，以三氯化铝为催化剂进行傅克烷基化反应，经后处理除去残余的聚乙烯醇和铝离子，得到聚乙烯醇改性的碳纳米管。本发明通过傅克烷基反应使聚乙烯醇与碳纳米管之间以化学键结合，提高了碳纳米管在水溶液中的分散性，及碳纳米管与聚乙烯醇基体之间的应力转移效率。与现有技术相比，减少了对碳纳米管表面的破坏，提高了碳纳米管的改性效率，具有低耗易控、高效等特点；它能大幅度提高碳纳米管复合产品的力学性能。本发明反应条件温和，碳纳米管的接枝效率提高明显。
【专利说明】一种改性碳纳米管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改性碳纳米管及其制备方法，属于纳米材料【技术领域】。
【背景技术】
[0002]碳纳米管是一种低密度、超高强度、超高杨氏模量、高弹性的一维纳米材料，其管身是准圆管结构，由六边形碳环结构单元组成，端帽部分为含五边形和六边形的碳环组成的多边形结构。这些结构上的特点使得碳纳米管在性能上既保留了碳纤维固有的性质，又具有了金属材料的导电导热性、陶瓷材料的耐热耐蚀性。然而，研究表明碳纳米管复合材料的强度和电学性能远远不及其本身，造成这种现象的原因，有以下几点:1，碳纳米管之间的缠结；2，碳纳米管和聚合物之间比较差的应力转移机制，由于碳纳米管的固有的性质使得在增强过程中与基体的混合界面存在一定的界面张力，在一定的程度上降低了其增强效果。因此，增强材料很难充分承担支架效果，发挥其强韧性。
[0003]目前，提高碳纳米管与基体材料界面结合能力的方法主要是对碳纳米管表面进行化学改性，即通过对碳纳米管表面进行化学处理来改善碳纳米管在基体中的存在状态。在对碳纳米管进行改性的技术方案中，一般采用先通过化学方法在碳纳米管的表面制备键合不饱和的活性碳原子，然后再经化学反应在碳纳米管的表面进行接枝与基体有较强键合能力的官能团。在以聚乙烯等为基体的复合材料中，常常对碳纳米管表面进行羧酸官能团的改造，来实现其性能上的提升(参见文献Jusoff K, Composites: Part B 2011 (42)
11-17)。中国发明专利“一种分散纳米管的方法”(CN101049926)中，公开了一种采用冷冻干燥法分散碳纳米管的方法，分散过程复杂，不易工业化生产。综上所述，现有改性碳纳米管的技术，存在着破坏碳纳米管的表面结构和表面碳原子规整性的不足，从而降低了碳纳米管固有的强度，同时 强氧化性的化合物对仪器要求过高，生产成本较高。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的改性碳纳米管的表面结构受到破坏，及与聚合物基体之间应力传递效率差的不足，提供一种分散性好，界面粘结性好的改性碳纳米管及其制备方法。
[0005]实现本发明目的的技术方案是提供一种改性碳纳米管，它为聚乙烯醇接枝改性的碳纳米管，其分子结构式为:
【权利要求】
1.一种改性碳纳米管，其特征在于:它为聚乙烯醇接枝改性的碳纳米管，其分子结构式为:
2.一种如权利要求1所述的改性碳纳米管的制备方法，其特征在于包括如下步骤:(1)在冰、水混合浴中，搅拌条件下将无水溶剂滴加到三氯化铝中，滴加完毕后，加热至三氯化铝完全溶解，得到浓度为2~10wt%的三氯化铝溶液，所述的无水溶剂为无水二甲基亚砜或N，N-二甲基乙酰胺；(2)将聚乙烯醇和碳纳米管溶解于无水溶剂二甲基亚砜或二甲基甲酰胺中，得到聚乙烯醇/碳纳米管混合溶液，混合溶液中聚乙烯醇的浓度为5~25wt%，碳纳米管与聚乙烯醇的质量比为1:5~1:20 ;(3)将聚乙烯醇/碳纳米管混合溶液加入到三氯化铝溶液中，在温度为40~80°C的条件下进行傅克烷基化反应6~30h，产物经后处理后得到聚乙烯醇接枝改性的碳纳米管。
3.根据权利要求2所述的一种改性碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述的碳纳米管为单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
4.根据权利要求2所述的一种改性碳纳米管的制备方法，其特征在于，所述后处理为:将傅克烷基反应后的碳纳米管置于甲醇和稀盐酸的混合溶液中，甲醇和稀盐酸的体积比为1:2~1:10,盐酸的浓度为0.1~1 mol/L ;再在转速为8000~13500rpm的条件下进行离心处理，经分离，水洗，除去残余的聚乙烯醇和铝离子。
【文档编号】C08G83/00GK103665389SQ201310664874
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月10日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】戴礼兴, 张培 申请人:苏州大学张家港工业技术研究院