[发明专利]一种截短碳纳米管的方法

说明书

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，具体涉及一种截短碳纳米管的方法。

技术背景

碳纳米管可看作是由具有六边形结构的石墨片层卷曲而成的无缝中空纳米级圆柱体，两端由富勒烯半球封帽而成。一般可分为由一层石墨组成的单壁碳纳米管和由多层石墨同轴组成的多壁碳纳米管两种。

碳纳米管具有一维纳米中空结构、大的长径比、巨大的比表面积、超高的机械强度、较低的密度、出众的化学和热稳定性和富电子等特性。同时碳纳米管具有独特的离域大π键，可以与许多生物医药分子之间形成较强的π-π键相互作用；也可对碳纳米管表面进行改性，使其带有不同的官能团，利用这些官能团与生物医药分子发生作用，可以实现生物医药分子的负载、传输。因此，碳纳米管在生物医药领域具有巨大的应用潜力。但是目前工业方法制备直接得到的碳纳米管长度通常为微米级，与细胞的尺寸在同一个数量级上，这导致碳纳米管很难通过细胞内吞作用进入细胞中，从而限制了碳纳米管在药物或生物分子载体等领域的应用。因此，截短碳纳米管是一个急需解决的难题。

就截短碳纳米管而言，目前文献报道的所采用方法主要为用强氧化性酸处理碳纳米管。在强氧化剂的作用下，碳纳米管被切断，同时碳管表面的化学结构被破坏。该方法得到的碳纳米管表面通常带有一定量的羧基，这种处理方法需要使用大量的浓硝酸和浓硫酸，污染严重。

本发明中，我们提出了一种截短碳纳米管的新方法，该方法原料易得，操作简单，效率高，截短的碳纳米管平均长度可控，可实现大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于提出一种原料易得、操作简单、效率高、可实现规模生产的截短碳纳米管的新方法。

本发明提出的截短碳纳米管的方法，是将碳纳米管与橡胶进行混炼，利用强剪切作用将碳纳米管截短，然后通过溶剂使橡胶溶解或者在惰性气体氛下加热使橡胶分解，得到长度截短的碳纳米管；通过改变混炼的时间、强度、温度以及选用不同种类的橡胶，可以得到平均长度不同的截短碳纳米管。碳纳米管平均长度控制在50nm-2μm之间。

本发明的具体操作步骤如下：

(1)在混炼设备上将碳纳米管与橡胶进行混炼：将橡胶在混炼设备上混炼，然后加入碳纳米管，通过挤压和剪切作用，将碳纳米管截短；

(2)用溶剂溶解除去橡胶：把步骤(1)所得的含碳纳米管的橡胶剪碎，溶解在有机溶剂中，离心分离，所得沉淀用溶剂反复洗涤，以除掉橡胶；最后，干燥过夜，得到截短的碳纳米管；

或者加热分解除去橡胶：把步骤(1)所得的含碳纳米管的橡胶剪碎，在惰性气体氛下加热到350℃以上，保持一段时间，使橡胶充分熔解，然后降至室温，得到截短的碳纳米管。

本发明中，所用的碳纳米管是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。

本发明中，所用的橡胶是乙丙橡胶、丁腈橡胶、异戊橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、氟橡胶中的一种或几种。

本发明中，所用的设备是开炼机、密炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、捏合机中的一种或几种。

本发明中，所用的混炼时间从30秒到60分钟不等。随着混炼时间的延长，得到的碳纳米管的平均长度逐渐减小。如果混炼时间少于30秒，不能有效的截短碳纳米管；如果混炼时间超过60分钟后，延长混炼时间对碳纳米管平均长度的影响变小。

本发明中，橡胶和碳纳米管混炼时用量的重量比例为100∶1-100∶30，优选100∶10-100∶30。碳纳米管用量太小，效率比较低，用量太多，混合可能不够均匀，质量不能确保。

本发明方法简单，可以规模化处理，效率高，所得的碳纳米管平均长度可控。

目前国内外截短碳纳米管的主要方法是强氧化性酸氧化，相比较而言，本发明避免采用强氧化性酸。具有以下特点：(1)碳纳米管平均长度可控。(2)不引入新的官能团，不影响进一步改性。(3)污染少。

具体实施方式

实施例1：在两辊开炼机上将100g乙丙橡胶与10g多壁碳纳米管混合，混炼30秒。

将混炼后的橡胶剪碎，用适当的溶剂溶解，离心分离，下层沉淀再用溶剂洗涤多次，以除掉橡胶。最后将沉淀真空干燥，得到截短的碳纳米管。

实施例2：在两辊开炼机上将150g异戊橡胶与30g单壁碳纳米管混合，混炼2分钟。

将混炼后的橡胶剪碎，在N₂气氛下加热到500℃，并保持60分钟，得到截短的碳纳米管。

实施例3：在双螺杆挤出机上将100g丁苯胶与1g多壁碳纳米管混合挤出。