專利名稱：一種多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管(以下簡稱CNT)優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性能使之在作為高性能結(jié)構(gòu)材料的增強(qiáng)體，或者功能材料的功能體方面都顯示出了巨大的應(yīng)用潛力。CNT為超細(xì)粉體，由于其表面惰性、尺寸效應(yīng)以及易于集束性，使之在與有機(jī)物(含聚合物)的復(fù)合過程中易于團(tuán)聚、分布不均，而且CNT的含量很低。這些問題的普遍存在導(dǎo)致CNT性能優(yōu)勢不能有效發(fā)揮的，甚至出現(xiàn)對有機(jī)材料性能的劣化。因此，若能將CNT制成預(yù)制體的形式，如CNT氈、CNT片等，則可避免CNT分散性差的問題，從而制備出以CNT為增強(qiáng)體或功能體的高性能復(fù)合材料。2003年美國學(xué)者采用過濾沉積方法制得了多孔的具有一定剛度和高強(qiáng)度的平面CNT膜(Bucky paper)，但是，這一方法存在的問題是(1)以過濾方式制備CNT預(yù)制體較難制備大尺寸的預(yù)制體，而且形狀受限，難以根據(jù)使用要求設(shè)計形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。(2)CNT預(yù)制體中的孔徑不可調(diào)節(jié)。山東大學(xué)發(fā)明了可控汽化溶劑熱壓方法制備多孔納米固體的方法(CN1431169A)，但是，該方法所述的納米固體僅包括金屬及其化合物、II-VI族化合物及III-V族化合物，而不包括碳納米管。此外，該方法(CN1431169A)利用納米粉體在溫度和壓力作用下在造孔劑中少量溶解現(xiàn)象來獲得致密強(qiáng)韌的多孔結(jié)構(gòu)，但是CNT不溶解于一般溶劑，因而按CN1431169A法制得的CNT粉體容易發(fā)生分層和坍塌。因此，研發(fā)制備CNT預(yù)制體的新方法具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服背景技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法，得到氣孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、尺寸和形狀不受限制優(yōu)點的多孔碳納米管預(yù)制體。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法，該方法的步驟如下1)每克碳納米管與0.1～4ml的含有粘合劑的造孔劑溶液，其中粘合劑的濃度為0.01-20％，混合，攪拌、研磨，達(dá)到均勻混合；2)將混合均勻的粉料放入模具中，加上1～100MPa的壓力，以0.5～5℃/分鐘的速度升溫至50～250℃，保溫保壓0.5～12h后，自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔碳納米管預(yù)制體。
所述的碳納米管是單壁或多壁的碳納米管，改性的或未改性的碳納米管。
所述的粘合劑是能配成溶液的天然或合成有機(jī)聚合物，以利于與碳納米管均勻混合；具體粘合劑是淀粉、明膠、聚乙烯醇、聚乙烯亞胺、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、纖維素、聚乙烯、聚氯乙稀、聚醋酸乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂或雙馬來酰亞胺樹脂及其任意組合。
所述的造孔劑是在能溶解粘合劑的溶劑(如水、丙酮、四氫呋喃)，或還可包含其它組成。
所述的造孔劑的其它組成是易升華的固體，它們是碘化鉀、干冰、硫、磷、樟腦、二硝基萘或萘；或者是能溶解粘合劑的溶劑，它們是醇類或酮類。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是由于本發(fā)明可以制得氣孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、尺寸和形狀任意的多孔CNT預(yù)制體。用本發(fā)明制備的CNT預(yù)制體不僅可用于聚合物基復(fù)合材料的制備，還可以用于生物醫(yī)用材料的制備(如生物組織工程的支架材料，長期植入材料等)，過濾器、催化劑載體、生物載體等。
具體實施例方式
實施例110g單壁CNT，40ml濃度為15％的聚乙烯醇水溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在80MPa壓力下，以1℃/分鐘的速度升溫至80℃，保溫保壓60分鐘。而后自然冷卻至常溫并卸壓，即得平均孔徑100納米的多孔CNT預(yù)制體。
實施例210g單壁CNT，40ml濃度為15％的聚乙烯醇水溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在100MPa壓力下，以1℃/分鐘的速度升溫至150℃，保溫保壓120分鐘。而后自然冷卻至常溫并卸壓，即得平均孔徑48納米的多孔CNT預(yù)制體。
實施例310g胺化多壁CNT，30ml濃度為5％的聚乙烯亞胺水溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在24MPa壓力下，以1℃/分鐘的速度升溫至80℃，保溫保壓180分鐘。而后自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。
實施例410g酸化單壁CNT，20ml濃度為2％的羥乙基纖維素水溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在50MPa壓力下，以2℃/分鐘的速度升溫至80℃，保溫保壓180分鐘，再以1℃/分鐘的速度升溫至200℃，保溫保壓100分鐘。最后自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。
實施例510g多壁CNT，1ml濃度為8％的聚醋酸乙烯丙酮溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在5MPa壓力下，以2℃/分鐘的速度升溫至60℃，保溫保壓180分鐘。而后自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。
實施例610g多壁CNT，20ml濃度為20％的雙馬來酰亞胺樹脂(商品4501A)丙酮溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在2MPa壓力下，以1.5℃/分鐘的速度升溫至70℃，保溫保壓120分鐘。再按130℃/1h+150℃/1h+180℃/2h+200℃/2h+220℃/6h工藝固化。最后自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。
實施例710g多壁胺化CNT，30ml濃度為10％的E51環(huán)氧/2-乙基咪唑樹脂丙酮溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在1MPa壓力下，以0.5℃/分鐘的速度升溫至60℃，保溫保壓180分鐘。再按80℃/4h或60℃/6h工藝固化。最后自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。
實施例810g胺化多壁CNT，20ml濃度為10％的聚氨酯丙酮溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在50MPa壓力下，以1.5℃/分鐘的速度升溫至60℃，保溫保壓120分鐘。最后自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。
實施例910g胺化多壁CNT，20ml濃度為5％的聚氯乙烯的四氫呋喃溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在1.5MPa壓力下，以0.5℃/分鐘的速度升溫至40℃，保溫保壓120分鐘。最后自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。
實施例1010g單壁CNT、20ml濃度為4％的聚乙烯醇水溶液、0.5g碘化鉀放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在25MPa壓力下，以0.5℃/分鐘的速度升溫至40℃，保溫保壓60分鐘。再以0.5℃/分鐘的速度升溫至60℃，保溫保壓60分鐘后，以2℃/分鐘的速度升溫至180℃，保溫保壓60分鐘。最后自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。
實施例1110g單壁CNT、10ml濃度為0.01％的聚乙烯醇水溶液、0.5g碘化鉀、5ml乙醇放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在25MPa壓力下，以0.5℃/分鐘的速度升溫至40℃，溫保壓60分鐘。再以0.5℃/分鐘的速度升溫至60℃，保溫保壓60分鐘后，以2℃/分鐘的速度升溫至180℃，保溫保壓60分鐘。最后自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。
實施例1210g多壁胺化CNT，10ml濃度為2％的聚氨酯丙酮溶液、10ml濃度為8％的雙馬來酰亞胺樹脂(商品4501A)丙酮溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在5MPa壓力下，以2/分鐘的速度升溫至60℃，保溫保壓120分鐘。再按130℃/1h+150℃/1h+180℃/2h+200℃/2h+220℃/6h工藝固化。最后自然冷卻至常溫并卸壓，即得平均孔徑120納米的多孔CNT預(yù)制體。
實施例1310g多壁胺化CNT，10ml濃度為2％的聚氨酯丙酮溶液、10ml濃度為8％的雙馬來酰亞胺樹脂(商品4501A)丙酮溶液放入研缽中，研磨混合20分鐘后，均勻放入模具中。在45MPa壓力下，以2℃/分鐘的速度升溫至60℃，保溫保壓120分鐘。再按130℃/1h+150℃/1h+180℃/2h+200℃/2h+220℃/6h工藝固化。最后自然冷卻至常溫并卸壓，即得平均孔徑56納米的多孔CNT預(yù)制體。
權(quán)利要求
1.多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法，其特征在于該方法的步驟如下1)每克碳納米管與0.1～4ml的含有粘合劑的造孔劑溶液，其中粘合劑的濃度為0.01-20％，混合，攪拌、研磨，達(dá)到均勻混合；2)將混合均勻的粉料放入模具中，加上1～100MPa的壓力，以0.5～5℃/分鐘的速度升溫至50～250℃，保溫保壓0.5～12h后，自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔碳納米管預(yù)制體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法，其特征在于所述的碳納米管是單壁或多壁的碳納米管，改性的或未改性的的碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法，其特征在于所述的粘合劑是能配成溶液的天然或合成有機(jī)聚合物，以利于與碳納米管均勻混合；具體粘合劑是淀粉、明膠、聚乙烯醇、聚乙烯亞胺、聚氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、纖維素、聚乙烯、聚氯乙稀、聚醋酸乙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂或雙馬來酰亞胺樹脂及其任意組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法，其特征在于所述的造孔劑是在能溶解粘合劑的溶劑，或還可包含其它組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法，其特征在于所述的造孔劑的其它組成是易升華的固體，它們是碘化鉀、干冰、硫、磷、樟腦、二硝基萘或萘；或者是能溶解粘合劑的溶劑，它們是醇類或酮類。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多孔碳納米管預(yù)制體的制備方法。該方法是將每克碳納米管與0.01－4ml的含有粘合劑的造孔劑溶液，其中粘合劑的濃度為0.01～20％混合，經(jīng)攪拌、研磨達(dá)到均勻混合后，放入模具中，施加1～100MPa的壓力，以0.5～5℃/分鐘的速度升溫至50～300℃，保壓0.5～12h后，自然冷卻至常溫并卸壓，即得多孔CNT預(yù)制體。與背景技術(shù)相比，由于本發(fā)明可以制得任意尺寸和形狀的氣孔結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的多孔CNT預(yù)制體，它可用于聚合物基復(fù)合材料的制備，還可以用于生物醫(yī)用材料的制備(如生物組織工程的支架材料，長期植入材料等)，過濾器、催化劑載體、生物載體等。
文檔編號C01B31/00GK1757596SQ20051006145
公開日2006年4月12日 申請日期2005年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月7日
發(fā)明者顧媛娟 申請人:浙江大學(xué)