[发明专利]一种改性碳纳米管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性碳纳米管及其制备方法。

背景技术

碳纳米管具有较大的长径比，是一种具有特殊结构的一维量子材料，质轻，六边形结构完美，具有高模量、高强度，而被认为是多功能材料的理想增强体，其在众多领域中的应用已引起了各国科学家的普遍关注。其中，碳纳米管与聚合物的复合成为碳纳米管的一个重要的应用形式。近几十年国内外学者展开大量研究，结果表明碳纳米管的分散性是影响其优异性能能否充分发挥的关键因素。然而，碳纳米管极易团聚的特性决定了碳纳米管难以在聚合物中获得良好的分散性，因此碳纳米管的改性成为碳纳米管及其相关材料研发的重要内容。

目前，一个有效改善碳纳米管分散性的方法是在碳纳米管外形成包覆层。文献（Mei Yang,Yong Gao,Huaming Li,Alex Adronov.Functionalization of multiwalled carbon nanotubes with polyamide 6by anionic ring-opening polymerization.Carbon;45;2007;2327–2333.）报道了在异氰酸根化的碳纳米管表面通过阴离子开环聚合接枝尼龙6，改性后的碳纳米管能均匀的分散在有机溶剂里。但是该方法建立在对碳纳米管进行多步化学处理的基础上，显著破坏了碳纳米管的表面，因此，不利于保持碳纳米管原有的性能优势。

Mai等人同样在对碳纳米管进行多步高温长时间下的化学处理的基础上，在碳纳米管上化学接枝末端含羟基的超支化聚氨酯（参见文献：Yingkui Yang,Xiaolin Xie,Jingao Wu,Zhifang Yang,Xiaotao Wang,Yiu-Wing Mai.Multiwalled Carbon Nanotubes Functionalized by Hyperbranched Poly(urea-urethane)s by aOne-Pot Polycondensation.Macromol.Rapid Commun;2006;27;1695–1701.）。所得到的改性碳纳米管能在极性溶剂中具有良好的分散性，但是热分解温度低于原始碳纳米管。

由上述现有技术可以看到，目前的改性碳纳米管制备技术虽然达到了某方面改性的目的，却不可避免地显著损伤碳管完美的石墨结构，导致其优异性能降低。因此，研制新型的改性碳纳米管及其制备方法具有重要的意义和应用价值。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种在保持碳纳米管高导电率的前提下，同时达到防止碳纳米管团聚和赋予改性碳纳米管反应性的双重作用的改性碳纳米管，并且其制备方法具有简单易行、适于大规模应用的特点。

实现本发明目的的技术方案是提供一种改性碳纳米管的制备方法，包括如下步骤：

1、在N₂保护下，按质量比，将10份聚苯胺溶解于500～1000份二甲基亚砜中，得到聚苯胺溶液；在聚苯胺溶液中逐滴加入1～3份含环氧基的超支化聚硅氧烷和0.05～0.1份的盐酸，在20～50℃的温度条件下搅拌5～72小时；反应结束后，洗涤、抽滤，去除溶剂，得到超支化聚硅氧烷改性聚苯胺；

2、按质量比，将0.5份的碳纳米管与0.025～5份的超支化聚硅氧烷改性聚苯胺加入到15～25份二甲基亚砜中，搅拌并超声处理20～40min得到反应产物；将反应产物加入40～50份甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，得到改性碳纳米管。

在本发明技术方案中，所述的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，或其组合。所述的聚苯胺为苯胺类单体的聚合物，可以为苯胺、邻甲苯胺、间氨基苯磺酸、2,3-二甲基苯胺、间甲苯胺、邻氨基苯磺酸、邻氨基苯甲酸、间氨基苯甲酸的均聚物，或它们任意组合的共聚物。

在本发明技术方案中，所采用的含环氧基的超支化聚硅氧烷为现有技术，如按公开号为CN102199294A的中国发明专利制备方法可以得到，具体步骤是：按摩尔比，将11～16份蒸馏水与10份含环氧基团的三烷氧基硅烷混合均匀，加入30～60份溶剂无水乙醇，再在搅拌条件下缓慢滴加0.001～0.003份催化剂；滴加完毕后升温至50～60℃，反应4～7小时后，经洗涤、干燥，得到含环氧基的超支化聚硅氧烷。所述的催化剂为盐酸、硫酸、对甲苯磺酸、四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、氢氧化钠或氢氧化钾。所述的含环氧基的三烷氧基硅烷为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷烷基)乙基三乙氧基硅烷，或它们的任意组合。