[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

碳纳米管又名巴基管，是一种具有独特结构的一维量子材料。由于具有独特的电子结构和物理化学性质，碳纳米管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。迄今，国内外学者已经展开了大量研发工作，结果表明碳纳米管在聚合物中的有效分散是碳纳米管/聚合物复合材料获得优异综合性能的前提和保障。然而，碳纳米管和聚合物的本质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，能有效改善碳纳米管分散性的方法之一是在碳纳米管外形成包覆层。例如，文献（Mei Yang,Yong Gao,Huaming Li,Alex Adronov.Functionalization ofmultiwalled carbon nanotubes with polyamide 6 by anionic ring-openingpolymerization.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（详见文献：Yingkui Yang,Xiaolin Xie,Jingao Wu,Zhifang Yang,Xiaotao Wang,Yiu-Wing Mai.MultiwalledCarbon 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。

文献（Milena Ginic-Markovic,Janis G.Matisons,Raoul Cervini,George P.Simon,Peter M.Fredericks.Chem.Mater;2006;18;6258-6265.）报道了由超声引发的乳液聚合制备聚苯胺包覆的碳纳米管，产物保持了碳纳米管的优良导电性。但是该方法在空气中于高温（590℃）下处理碳纳米管3个小时，如此处理条件势必破坏碳管结构，因此不利于保持碳纳米管原有的性能优势。此外，改性碳纳米管没有活性基团，且热分解温度降低（在240℃就有明显的失重）。

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，但却不可避免地破坏了碳纳米管的结构，不利于保持碳纳米管原有的性能优势。

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，同时达到防止其团聚和赋予其具有反应性活性基团的改性碳纳米管，且制备方法简单易行、适于大规模应用。

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保护和搅拌下，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份经封端处理的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10～72小时；反应结束后，洗涤、抽滤，去除溶剂，得到超支化聚苯胺；

2、按质量比，将0.5份碳纳米管与0.013～5份超支化聚苯胺加入到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，得到超支化聚苯胺改性碳纳米管。

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。