專利名稱：一種截短碳納米管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種截短碳納米管的方法。
背景技術(shù)：
碳納米管可看作是由具有六邊形結(jié)構(gòu)的石墨片層巻曲而成的無縫中空納米級圓柱體， 兩端由富勒烯半球封帽而成。 一般可分為由一層石墨組成的單壁碳納米管和由多層石墨同 軸組成的多壁碳納米管兩種。
碳納米管具有一維納米中空結(jié)構(gòu)、大的長徑比、巨大的比表面積、超高的機(jī)械強(qiáng)度、 較低的密度、出眾的化學(xué)和熱穩(wěn)定性和富電子等特性。同時碳納米管具有獨(dú)特的離域大k 鍵，可以與許多生物醫(yī)藥分子之間形成較強(qiáng)的鍵相互作用；也可對碳納米管表面進(jìn)
行改性，使其帶有不同的官能團(tuán)，利用這些官能團(tuán)與生物醫(yī)藥分子發(fā)生作用，可以實(shí)現(xiàn)生 物醫(yī)藥分子的負(fù)載、傳輸。因此，碳納米管在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。但是目 前工業(yè)方法制備直接得到的碳納米管長度通常為微米級，與細(xì)胞的尺寸在同一個數(shù)量級 上，這導(dǎo)致碳納米管很難通過細(xì)胞內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞中，從而限制了碳納米管在藥物或生 物分子載體等領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，截短碳納米管是一個急需解決的難題。
就截短碳納米管而言，目前文獻(xiàn)報道的所采用方法主要為用強(qiáng)氧化性酸處理碳納米 管。在強(qiáng)氧化劑的作用下，碳納米管被切斷，同時碳管表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)被破壞。該方法得 到的碳納米管表面通常帶有一定量的羧基，這種處理方法需要使用大量的濃硝酸和濃硫 酸，污染嚴(yán)重。
本發(fā)明中，我們提出了一種截短碳納米管的新方法，該方法原料易得，操作簡單，效 率高，截短的碳納米管平均長度可控，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種原料易得、操作簡單、效率高、可實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)的截短碳 納米管的新方法。
本發(fā)明提出的截短碳納米管的方法，是將碳納米管與橡膠進(jìn)行混煉，利用強(qiáng)剪切作用 將碳納米管截短，然后通過溶劑使橡膠溶解或者在惰性氣體氛下加熱使橡膠分解，得到長
度截短的碳納米管；通過改變混煉的時間、強(qiáng)度、溫度以及選用不同種類的橡膠，可以得 到平均長度不同的截短碳納米管。碳納米管平均長度控制在50 nm-2 pm之間。 本發(fā)明的具體操作步驟如下(1) 在混煉設(shè)備上將碳納米管與橡膠進(jìn)行混煉將橡膠在混煉設(shè)備上混煉，然后加入 碳納米管，通過擠壓和剪切作用，將碳納米管截短；
(2) 用溶劑溶解除去橡膠把步驟(1)所得的含碳納米管的橡膠剪碎，溶解在有機(jī)溶 劑中，離心分離，所得沉淀用溶劑反復(fù)洗滌，以除掉橡膠；最后，干燥過夜，得到截短的 碳納米管；
或者加熱分解除去橡膠把步驟(1)所得的含碳納米管的橡膠剪碎，在惰性氣體氛 下加熱到350T以上，保持一段時間，使橡膠充分熔解，然后降至室溫，得到截短的碳納 米管。
本發(fā)明中，所用的碳納米管是單壁碳納米管或多壁碳納米管。
本發(fā)明中，所用的橡膠是乙丙橡膠、丁腈橡膠、異戊橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、丁 基橡膠、硅橡膠、氟橡膠中的一種或幾種。
本發(fā)明中，所用的設(shè)備是開煉機(jī)、密煉機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、捏合機(jī)中 的一種或幾種。
本發(fā)明中，所用的混煉時間從30秒到60分鐘不等。隨著混煉時間的延長，得到的碳 納米管的平均長度逐漸減小。如果混煉時間少于30秒，不能有效的截短碳納米管；如果 混煉時間超過60分鐘后，延長混煉時間對碳納米管平均長度的影響變小。
本發(fā)明中，橡膠和碳納米管混煉時用量的重量比例為100: 1-100:30，優(yōu)選100: 10-100:
30。碳納米管用量太小，效率比較低，用量太多，混合可能不夠均勻，質(zhì)量不能確保。
本發(fā)明方法簡單，可以規(guī)?；幚?，效率高，所得的碳納米管平均長度可控。 目前國內(nèi)外截短碳納米管的主要方法是強(qiáng)氧化性酸氧化，相比較而言，本發(fā)明避免采
用強(qiáng)氧化性酸。具有以下特點(diǎn)(1)碳納米管平均長度可控。(2)不引入新的官能團(tuán)，不
影響進(jìn)一步改性。(3)污染少。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例l:在兩輥開煉機(jī)上將100 g乙丙橡膠與10 g多壁碳納米管混合，混煉30秒。
將混煉后的橡膠剪碎，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙?，離心分離，下層沉淀再用溶劑洗潘多次， 以除掉橡膠。最后將沉淀真空干燥，得到截短的碳納米管。
實(shí)施例2:在兩輥開煉機(jī)上將150 g異戊橡膠與30 g單壁碳納米管混合，混煉2分鐘。 將混煉后的橡膠剪碎，在N2氣氛下加熱到500 °C，并保持60分鐘，得到截短的碳納 米管。
實(shí)施例3:在雙螺桿擠出機(jī)上將IOO g丁苯膠與l g多壁碳納米管混合擠出。
將混煉后的橡膠剪碎，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙?，離心分離，下層沉淀再用溶劑洗滌多次，以除掉橡膠。最后將沉淀干燥，得到截短的碳納米管。
實(shí)施例4:在單螺桿擠出機(jī)中將100 g順丁膠與15 g單壁碳納米管混合擠出。
將混煉后的橡膠剪碎，在He氣氛下加熱到350 °C，并保持80分鐘，得到截短的碳納 米管。
實(shí)施例5:在兩輥開煉機(jī)上將100 g 丁基橡膠與20 g多壁碳納米管混合，混煉30分鐘。
將混煉后的橡膠剪碎，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙?，離心分離，下層沉淀再用溶劑離心洗滌多
次，以除掉橡膠。最后將沉淀干燥，得到截短的碳納米管。
實(shí)施例6:在雙螺桿擠出機(jī)中將IOO g丁腈橡膠與30 g單壁碳納米管混合擠出。 將混煉后的橡膠剪碎，在N2氣氛下加熱到480 。C，并保持65分鐘，得到截短的碳納米管。
實(shí)施例7:在兩輥開煉機(jī)上將100 g硅橡膠與10 g多壁碳納米管混合，混煉60分鐘。 將混煉后的橡膠剪碎，在Ar氣氛下加熱到500 °C，并保持60分鐘，得到截短的碳納 米管。
實(shí)施例8:在捏合機(jī)上將200 g氟橡膠與40 g多壁碳納米管混合，捏合20分鐘。 將混煉后的橡膠剪碎，在N2氣氛下加熱到550 °C，并保持60分鐘，得到截短的碳納 米管。
實(shí)施例9:在密煉機(jī)中將150 g丁腈橡膠與15 g單壁碳納米管混合，混煉15分鐘。 將混煉后的橡膠剪碎，在He氣氛下加熱到400 °C，并保持70分鐘，得到截短的碳納 米管。
實(shí)施例10:在密煉機(jī)中將IOO g乙丙膠與20 g單壁碳納米管混合，混煉10分鐘。 將混煉后的橡膠剪碎，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙?，離心分離，下層沉淀再用溶劑洗滌多次，
以除掉橡膠。最后將沉淀干燥，得到截短的碳納米管。
實(shí)施例11:在兩輥開煉機(jī)上將100 g乙丙膠與20 g單壁碳納米管混合，混煉15分鐘。 將混煉后的橡膠剪碎，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙猓x心分離，下層沉淀再用溶劑洗滌多次，
以除掉橡膠。最后將沉淀真空干燥，得到截短的碳納米管。
實(shí)施例12:在兩輥開煉機(jī)上將100 g 丁腈膠與10 g多壁碳納米管混合，混煉25分鐘。 將混煉后的橡膠剪碎，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙猓x心分離，下層沉淀再用溶劑洗滌多次，
以除掉橡膠。最后將沉淀真空干燥，得到截短的碳納米管。
實(shí)施例13:在密煉機(jī)上將100 g 丁苯橡膠與30 g單壁碳納米管混合，混煉35分鐘。 將混煉后的橡膠剪碎，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙?，離心分離，下層沉淀再用溶劑洗滌多次，以除掉橡膠。最后將沉淀真空干燥，得到截短的碳納米管。
實(shí)施例14:在捏合機(jī)上將200 g順丁橡膠與15 g單壁碳納米管混合，捏合5分鐘。 將混煉后的橡膠剪碎，在&氣氛下加熱到500 DC，并保持60分鐘，得到截短的碳納米管。
實(shí)施例15:在雙螺桿擠出機(jī)上將100 g 丁腈橡膠與20 g單壁碳納米管混合擠出。 將混煉后的橡膠剪碎，在N2氣氛下加熱到500 °C,并保持60分鐘，得到截短的碳納 米管。
實(shí)施例16:在單螺桿擠出機(jī)上將150 g丁基橡膠與10 g多壁碳納米管混合擠出。 將混煉后的橡膠剪碎，用適當(dāng)?shù)娜軇┤芙?，離心分離，下層沉淀再用溶劑洗滌多次， 以除掉橡膠。最后將沉淀真空干燥，得到截短的碳納米管。
權(quán)利要求
1、一種截短碳納米管的方法，其特征在于是將碳納米管與橡膠進(jìn)行混煉，利用強(qiáng)剪切作用將碳納米管截短，然后通過溶劑使橡膠溶解或者在惰性氣體氛下加熱使橡膠分解，得到長度截短的碳納米管；碳納米管平均長度控制在50nm-2μm之間。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的截短碳納米管的方法，其特征在于操作步驟如下(1) 在混煉設(shè)備上將碳納米管與橡膠進(jìn)行混煉將橡膠在混煉設(shè)備上混煉，然后加入 碳納米管，通過擠壓和剪切作用，將碳納米管截短；(2) 用溶劑溶解除去橡膠把步驟(1)所得的含碳納米管的橡膠剪碎，溶解在有機(jī)溶 劑中，離心分離，所得沉淀用溶劑反復(fù)洗滌，以除掉橡膠；最后，干燥過夜，得到截短的 碳納米管；或者加熱分解除去橡膠把步驟(1)所得的含碳納米管的橡膠剪碎，在惰性氣體氛 下加熱到350。C以上，保持一段時間，使橡膠充分熔解，然后降至室溫，得到截短的碳納 米管。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的截短碳納米管的方法，其特征是所用的碳納米管是單壁碳 納米管或多壁碳納米管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的截短碳納米管的方法，其特征是所用的橡膠是乙丙橡膠、 丁腈橡膠、異戊橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、丁基橡膠、硅橡膠、氟橡膠中的一種或幾種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的截短的碳納米管的方法，其特征是所用的設(shè)備是開煉機(jī)、 密煉機(jī)、單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)、捏合機(jī)中的一種或幾種。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的截短的碳納米管的制備方法，其特征是所用的混煉時間從 30秒到60分鐘不等。隨著混煉時間的延長，得到的碳納米管的平均長度逐漸減小。
全文摘要
本發(fā)明屬于無機(jī)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種截短碳納米管的方法。本發(fā)明首先在混煉設(shè)備上將橡膠與碳納米管進(jìn)行混煉，在強(qiáng)剪切作用下碳納米管被截短。然后在適當(dāng)?shù)娜軇┗蛘咴诙栊詺怏w氛下加熱將橡膠除去，得到截短的碳納米管。通過控制混煉時間、強(qiáng)度、溫度以及選用不同的橡膠，可以得到平均長度不同的截短碳納米管。本發(fā)明方法簡單，效率高，可以規(guī)模化生產(chǎn)。
文檔編號C01B31/00GK101293647SQ200810039210
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月19日
發(fā)明者李君君, 東 楊, 汪長春 申請人:復(fù)旦大學(xué)