一種改性取向碳納米管束及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種改性取向碳納米管束及其制備方法，特別涉及一種氨基樹(shù)脂聚合物包覆改性的取向碳納米管束及其制備方法。以取向碳納米管束、氨基化合物、甲醛等為主要原料，通過(guò)簡(jiǎn)易工藝得到氨基樹(shù)脂聚合物包覆取向碳納米管束技術(shù)。本發(fā)明提供的制備方法操作工藝簡(jiǎn)單，所制得的氨基樹(shù)脂聚合物包覆取向碳納米管束可改善碳管與聚合物的界面相容性及碳管在聚合物中的分散性，同時(shí)保護(hù)碳管束中碳管的取向結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種改性取向碳納米管束及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改性取向碳納米管束及其制備方法，特別涉及一種氨基樹(shù)脂聚合物包覆改性的取向碳納米管束及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)性能，同時(shí)具有密度小、比表面大等優(yōu)點(diǎn)，其對(duì)聚合物復(fù)合材料有明顯的增強(qiáng)、增韌、導(dǎo)電和阻燃等功能。隨著取向碳納米管制備技術(shù)的日益成熟，取向碳納米管束在聚合物中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。在聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域，將取向碳納米管束與聚合物復(fù)合，新型復(fù)合材料顯示良好的化學(xué)物理性能，并顯示出良好的各向異性電學(xué)特性。因此，取向碳納米管束為開(kāi)發(fā)有序功能材料提供了一種重要技術(shù)途徑。
[0003]但是由于碳納米管具有很大的比表面積，碳納米管易發(fā)生團(tuán)聚，不但造成碳管在聚合物中分散困難，而且由于碳管與聚合物之間的界面作用力差，使得碳管不能充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢(shì)。再則，對(duì)于取向碳納米管束，當(dāng)其加入到聚合物中，由于機(jī)械攪拌等力學(xué)作用，取向碳管束可能被破壞，導(dǎo)致碳管取向結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而減弱取向碳管的優(yōu)勢(shì)。因此需要解決取向碳納米管束在聚合物存在的上述問(wèn)題。研究表明，聚合物包裹碳納米管是改善和調(diào)控碳納米管表面特性的一個(gè)重要途徑，碳管表面包覆的聚合物可以改善碳管與聚合物的界面作用力及碳管在聚合物中分散性，而且外層包覆膜的存在有利于保持碳納米管束中碳管的取向排列，從而可有效發(fā)揮取向碳納米管束性能優(yōu)勢(shì)。
[0004]目前，有關(guān)碳納米管改性的技術(shù)較多，如采用酸化、等離子體引發(fā)接枝、靜電吸附等方法改性碳納米管，酸化、等離子體方法處理碳管可在碳管表面引入羥基，羰基，羧基、氨基等，這些極性基團(tuán)的引入可以改善碳管與聚合物的相容性及界面作用力，但是碳管的結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生缺陷，碳管的長(zhǎng)度及碳管的管壁易遭到遭破。靜電吸附方法目前多用于金屬離子或無(wú)機(jī)粒子對(duì)碳納米管的改性，不能有效解決碳管與聚合物的相容性及界面作用力。有關(guān)聚合物包覆改性技術(shù)也有相關(guān)報(bào)道，如聚乙烯基吡咯烷酮及苯乙烯包覆改性碳管，但是這類(lèi)改性方法工藝較為復(fù)雜，在聚合物改性C管之前，一般酸化C管引入極性基團(tuán)后再采用聚合物來(lái)改性酸化碳管，且包覆物上所攜帶的極性基團(tuán)極少，不利用碳管與聚合物基體的界面改性。目前為止，有關(guān)研究取向碳納米管束的包覆改性技術(shù)少見(jiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中碳納米管改性方面存在的不足，提供一種包覆改性取向碳納米管束及其制備方法，以提高碳管束與聚合物的界面作用力及碳管束在聚合物的分散性，同時(shí)保護(hù)取向碳納米管束中碳管的取向結(jié)構(gòu)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種改性取向碳納米管束的制備方法，包括如下步驟:
1、按重量計(jì)，將5?30份氨基化合物溶解于10?60份甲醛溶液中，甲醛溶液的質(zhì)量濃度為37?40% ;用堿液調(diào)節(jié)溶液的pH值為8?9，緩慢升溫至50?70°C，保溫0.5?lh，得到氨基化合物甲醛預(yù)聚體溶液；
2、加入O~30份表面活性劑、50~3000份去離子水和I~50份取向碳納米管束，經(jīng)超聲分散與機(jī)械攪拌后，攪拌條件下用酸液調(diào)節(jié)溶液的pH值至2~4，緩慢升溫至45~50°C，保溫3~4h ；
3、將得到的產(chǎn)物水洗，再經(jīng)抽濾、干燥，得到氨基樹(shù)脂聚合物包覆改性的取向碳納米管束。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案中，氨基化合物選用尿素、三聚氰胺；表面活性劑選用十二烷基苯橫酸納、十~烷基硫酸納。
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案還包括按上述制備方法得到的一種氨基樹(shù)脂聚合物包覆改性的取向碳納米管束。
[0009]本發(fā)明的原理是:氨基樹(shù)脂是一種含有氨基化合物與甲醛經(jīng)縮聚而成的樹(shù)脂，含有大量的極性基團(tuán)，如氨基、大量亞胺基和叔胺基(含有孤對(duì)電子)，易吸附于碳管，且氨基樹(shù)脂聚合物不溶于水。氨基化合物與甲醛可在加熱及堿性條件下形成氨基化合物-甲醛預(yù)聚體，可溶于水；在加熱及酸性條件下，氨基化合物-甲醛預(yù)聚體可進(jìn)一步發(fā)生聚合反應(yīng)，生成不溶于水的氨基樹(shù)脂聚合物。因此，將取向碳納米管束分散在氨基化合物-甲醛預(yù)聚體水溶液中，通過(guò)控制反應(yīng)條件，形成的氨基樹(shù)脂聚合物易沉積在碳管束上，實(shí)現(xiàn)對(duì)取向碳納米管束的包覆改性。正是由于這種氨基樹(shù)脂聚合物中氨基、亞胺基等極性基團(tuán)的存在，碳管與聚合物界面作用力及碳管在聚合物中的分散性可以得到改善。同時(shí)，外層包覆膜氨基樹(shù)脂聚合物的存在可以保持碳納米管束中碳管的取向排列。
[0010]本發(fā)明的有益效 果是:氨基樹(shù)脂聚合物易包覆碳納米管束，該包覆技術(shù)簡(jiǎn)單。由于取向碳納米管束表面包覆物氨基樹(shù)脂聚合物中含有氨基、亞胺基等極性基團(tuán)，可改善碳管與聚合物的界面作用及碳管在聚合物中的分散性，同時(shí)可保護(hù)取向碳管的取向結(jié)構(gòu)，有利于充分發(fā)揮取向碳管束性能優(yōu)勢(shì)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是取向碳納米管束的SEM照片；
圖2~4為本發(fā)明各實(shí)施例提供的聚脲甲醛及三聚氰胺甲醛聚合物包覆改性的取向碳納米管束的SEM照片；
圖中，(a)圖為放大4.5萬(wàn)倍，(b)圖為放大I萬(wàn)倍。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的闡述。
[0013]實(shí)施例1:
在配置有攪拌器的容器中，稱(chēng)取5g的尿素、IOg甲醛溶液(質(zhì)量濃度37~40%)，待尿素充分溶解后，緩慢加熱并采用堿液調(diào)節(jié)溶液的pH值至8~9，在50~70°C下保溫0.5~Ih,得到尿素甲醛預(yù)聚體溶液，隨后加入50g去離子水和Ig取向碳納米管束，經(jīng)超聲分散與機(jī)械攪拌后，設(shè)置一定的攪拌速度(500rpm)，用酸液調(diào)節(jié)溶液的pH值為2~4，緩慢升溫，待溫度升至45~50°C，保溫3~4h，結(jié)束反應(yīng)。將產(chǎn)物用水洗數(shù)次，經(jīng)抽濾與干燥得到聚脲甲醛聚合物包覆取向碳納米管束產(chǎn)品。參見(jiàn)附圖1，它是取向碳納米管束的SEM照片；參見(jiàn)附圖2，它為本實(shí)施例制備的聚脲甲醛聚合物包覆取向碳管納米管束的SEM照片；圖中，(a)圖為放大4.5萬(wàn)倍，(b)圖為放大I萬(wàn)倍。對(duì)比圖1及圖2，可以發(fā)現(xiàn)圖2中取向碳納米管束表面明顯沉積一層聚合物，取向碳納米管束已經(jīng)被聚合物包覆。
[0014]實(shí)施例2:
在配置有攪拌器的容器中，稱(chēng)取30g的尿素、60g甲醛溶液(質(zhì)量濃度37?40%)，待尿素充分溶解后，緩慢加熱并采用堿液調(diào)節(jié)溶液的pH值至8?9，在50?70°C下保溫0.5?lh，得到尿素甲醛預(yù)聚體溶液，隨后加入含有30g十二烷基硫酸鈉、3000g去離子水和50g取向碳納米管束，經(jīng)超聲分散與機(jī)械攪拌后，設(shè)置一定的攪拌速度(lOOOOrpm)，用酸液調(diào)節(jié)溶液的Ph值為2?4，緩慢升溫，待溫度升至45?50°C，保溫3?4h，結(jié)束反應(yīng)。將產(chǎn)物用水洗數(shù)次，經(jīng)抽濾與干燥得到聚脲甲醛聚合物包覆碳管束產(chǎn)品。參見(jiàn)附圖3，為本實(shí)施例提供的聚脲甲醛聚合物包覆取向碳納米管束SEM照片。對(duì)比圖1及圖3，可以發(fā)現(xiàn)圖3中取向碳納米管束表面明顯沉積一層聚合物，取向碳納米管束已經(jīng)被聚合物包覆。
[0015]實(shí)施例3:
在配置有攪拌器的容器中，稱(chēng)取IOg的三聚氰胺、20g甲醛溶液(質(zhì)量濃度37?40%)，待三聚氰胺充分溶解后，緩慢加熱并采用堿液調(diào)節(jié)溶液的pH值至8?9，在50?70°C下保溫0.5?lh，得到三聚氰胺甲醛預(yù)聚體溶液，隨后加入含有0.5g十二烷基磺酸鈉、500g去離子水和IOg取向碳納米管束,經(jīng)超聲分散與機(jī)械攪拌后,設(shè)置一定的攪拌速度(900rpm),用酸液調(diào)節(jié)溶液的PH值為2?4，緩慢升溫，待溫度升至45?50°C，保溫3?4h，結(jié)束反應(yīng)。將產(chǎn)物用水洗數(shù)次，經(jīng)抽濾與干燥得到三聚氰胺甲醛聚合物包覆取向碳納米管束產(chǎn)品。參見(jiàn)附圖4，為本實(shí)施例提供的三聚氰胺甲醛聚合物包覆取向碳納米管束SEM照片。對(duì)比圖1及圖4，可以發(fā)現(xiàn)圖4中取向碳納米管束表面明顯沉積一層聚合物，取向碳納米管束已經(jīng)被聚合物包覆。
【權(quán)利要求】
1.一種改性取向碳納米管束的制備方法，其特征在于包括如下步驟: (O按重量計(jì)，將5~30份氨基化合物溶解于10~60份甲醛溶液中，甲醛溶液的質(zhì)量濃度為37~40% ;用堿液調(diào)節(jié)溶液的pH值為8~9，緩慢升溫至50~70°C，保溫0.5~lh，得到氨基化合物甲醛預(yù)聚體溶液； (2)加入O~30份表面活性劑、50~3000份去離子水和I~50份取向碳納米管束，經(jīng)超聲分散與機(jī)械攪拌后，攪拌條件下用酸液調(diào)節(jié)溶液的PH值至2~4，緩慢升溫至45~50°C，保溫3~4h; (3)將得到的產(chǎn)物水洗，再經(jīng)抽濾、干燥，得到氨基樹(shù)脂聚合物包覆改性的取向碳納米管束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性取向碳納米管束的制備方法，其特征在于:所述的氨基化合物為尿素、三聚氰胺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改性取向碳納米管束的制備方法，其特征在于:所述的表面活性劑為十二烷基苯橫酸納、十二烷基硫酸納。
4.按權(quán)利要求1制備方法得到`的一種氨基樹(shù)脂聚合物包覆改性的取向碳納米管束。
【文檔編號(hào)】D06M15/423GK103710984SQ201310743486
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】袁莉, 顧嬡娟, 梁國(guó)正 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)