專利名稱：一種碳納米管功能基化的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及碳材料技術領域，更具體的說是涉及一種碳納米管功能基 化的方法。
背景技術：
碳納米管(CNTs)以其納米級直徑、高長徑比而具有優(yōu)異的力學、電 學、熱學、磁學等性能，因而可應用于電子、航天等高科技領域。然而， 由于CNTs極差的相容性和分散性使其易產生自纏繞和團聚現象，使得其 在實際應用中并不能充分發(fā)揮作用。為此，人們提出通過對CNTs改性的 方法提高其在基體中的相容性和分散性。目前可用于CNTs功能基化的方 法主要有直接氟化反應、酸化反應、卡賓加成、自由基反應、電化學反 應或熱化學反應、環(huán)加成反應、疊氮反應和親電加成反應等。但上述方法 均不同程度存在反應步驟繁瑣、.反應周期長、成本高、環(huán)保性能差、功能 基化程度低、對CNTs的固有結構有較大的破壞且不適合大規(guī)模工業(yè)生產 等問題。馬來酸酐是一種含有多種官能團的化合物，分子結構中的不飽和 雙鍵易于發(fā)生共聚反應，活性強的酸酐基團容易與羥基、羧基、氨基等官 能團發(fā)生開環(huán)加成反應，馬來酸酐接枝相容劑作為無機填料表面處理劑可 以提高無機填料和有機樹脂的粘合力，改善無機填料與有機樹脂相容性，從 而提高復合材料的機械強度、韌性、耐熱性和導電性，因此馬來酸軒是功 能化CNTs的優(yōu)良試劑。2007年，Tseng等建立了通過直接注入馬來酸酐 單體溶液進行等離子體功能化CNTs的方法，該方法簡單、易行、但卻存 在接技率低(最高僅為6.4%)且難以控制等問題，而難以最大程度發(fā)揮 CNTs的作用。因此開發(fā)一種方法簡單、經濟、環(huán)保、不破壞CNTs的固有 結構、功能基化程度高的CNTs功能基化方法具有重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種簡單、經濟、環(huán)保、不破壞碳 納米管固有結構、功能基化程度高的碳納米管功能基化的方法。
本發(fā)明技術方案 一種碳納米管功能基化的方法，包括下列步驟
a. 將質量0.2g碳納米管置于等離子體沉積爐中，抽本底真空至6.5x
1(^Pa后，通入高純氬氣,調節(jié)腔室壓力為13.3Pa;
b. 于功率50W下放電處理5min，通大氣15 min,取出碳納米管；
c. 在容器中，依次加入經步驟b處理的0.2g碳納米管、4.0g的馬來 酸酐和100mL苯類溶劑，超聲分散30min后通入氮氣保護，于60- 130 °C 下攪拌回流5 10h;
d. 步驟c所得固體產物真空抽濾，并用丙酮洗滌6次直至純凈，于80
'C下真空干燥6h，即完成對碳納米管的功能基化。
本發(fā)明的技術效果本發(fā)明從原理上講是用氬等離子體處理CNTs,讓 其暴露于空氣中，使其表面產生大量的羥基過氧化物和過氧化物，引發(fā)馬 來酸酐在CNTs表面接枝改性的方法。該法與直接氟化反應、酸化反應、卡 賓加成、自由基反應、電化學反應等CNTs功能基化方法的主要區(qū)別在于在 碳納米管的表面引入大量含氧自由基團。為獲得包覆均勻、接技率高的 CNTs，可釆用先等離子體處理后熱引發(fā)誘導接枝的兩步功能化方法。等離 子體處理在CNTs表面形成含氧自由基，提高其與馬來酸酐的相容性；熱引 發(fā)誘導接枝過程中，篩選適宜的接枝條件使CNTs表面進一步為更多的馬來 酸酐分子所包覆，隨著反應的進行接枝反應完成，最終形成表面包覆均勻 的功能基化碳納米管。CNTs表面的含氧自由基在熱引發(fā)誘導接枝條件下可 極大提高其與馬來酸酐的相容性，從而獲得高度功能基化的CNTs。具體而 言 一、本發(fā)明通過氬等離子體作用下CNTs表面形成的自由基，極大提高 了其與馬來酸酐的相容性；二、本發(fā)明可獲得表面包覆均勻、接技率高達 12.8%的功能基化碳納米管；三、本發(fā)明原料易得，操作簡單，儀器設備簡 便，接枝率高且易控，處理方便，易于工業(yè)化，為CNTs的表面改性、解纏繞和解聚集提供了新的途徑。


圖l為本發(fā)明實施例i的產物的透射電鏡照片；
圖2為本發(fā)明實施例1的產物的紅外光譜；
圖3為本發(fā)明實施例1的產物的熱重分析圖。
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細描述， 一種碳納米管功能 基化的方法，包括下列步驟
a. 將質量0.2g碳納米管置于等離子體沉積爐中，抽本底真空至6.5x
1()4Pa后，通入高純氬氣，調節(jié)腔室壓力為13.3Pa;
b. 于功率50W下放電處理5min，通大氣15 min,取出碳納米管；
c. 在容器中，依次加入經步驟b處理的0.2g碳納米管、4.0g的馬來 酸酐和100 mL苯類溶劑，超聲分散30 min后通入氮氣保護，于60~130 'C下攪拌回流5-10h;
d. 步驟c所得固體產物真空抽濾，并用丙酮洗滌6次直至純凈，于80 'C下真空干燥6h,即完成對碳納米管的功能基化。
實施例1
(1) 將質量0.2000 g的CNTs置于等離子體沉積爐中，抽本底真空至 6.5xlO"Pa后，通入高純氬氣，調節(jié)腔室壓力為13.3 Pa。
(2) 于功率50W下放電處理5分鐘，通大氣15分鐘，取出CNTs
(3) 于一 250mL三口圓底燒瓶中，依次加入步驟(2)所得CNTs 、 4.00 g的馬來酸酐和100mL的二甲苯，超聲分散30min后，通入氮氣保護，于ll(TC下攪拌回流10h。
(4)將步驟(3)所得固體產物真空抽濾，并用丙酮洗滌6次直至純凈， 于8(TC下真空干燥6h,即獲得本發(fā)明的產品。
通過透射電子顯微鏡、紅外光譜儀、熱重分析儀等表征產物的形貌、結 構組成及接技率。透射電鏡結果表明，直徑約20nm的碳納米管表面均勾包 覆了一層厚度為50nm的馬來酸酐；紅外光譜中明顯在1780和1870 cm"波數 處可觀察到馬來酸酐的特征吸收峰；熱重計算所得接枝率為12.8%。 實施例2
步驟(3)中，反應溫度為8(TC，其他條件和步驟與實施例l完全相同，所 得產物的接枝率為2.67%。 實施例3
步驟(3)中，反應溫度為130°C,其他條件和步驟與實施例1完全相同， 所得產物的接枝率為2.85%。 實施例4
步驟(3)中，反應溫度為60°C,其他條件和步驟與實施例1完全相同，所 得產物的接枝率為0.45%。 實施例5
步驟(3)中，反應時間為5h,其他條件和步驟與實施例1完全相同，所 得產物的接技率為8.14%。
所述內容僅為本發(fā)明構思下的基本說明，而依據本發(fā)明的技術方案所 作的任何等效變換，均應屬于本發(fā)明的保護范圍
權利要求
1.一種碳納米管功能基化的方法，包括下列步驟a.將質量0.2g碳納米管置于等離子體沉積爐中，抽本底真空至6.5×10-4Pa后，通入高純氬氣，調節(jié)腔室壓力為13.3Pa；b.于功率50W下放電處理5min，通大氣15min，取出碳納米管；c.在容器中，依次加入經步驟b處理的0.2g碳納米管、4.0g的馬來酸酐和100mL苯類溶劑，超聲分散30min后通入氮氣保護，于60～130℃下攪拌回流5～10h；d.步驟c所得固體產物真空抽濾，并用丙酮洗滌6次直至純凈，于80℃下真空干燥6h，即完成對碳納米管的功能基化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管功能基化的方法，其步驟是(1)將稱重的CNTs置于等離子體沉積爐中，抽真空后通入氬氣，調腔室壓力至13.3Pa；(2)功率50W下放電，通大氣后取出CNTs；(3)按比例依次將CNTs、馬來酸酐和苯類溶劑放入燒瓶中，超聲分散，通入氮氣保護，于60～130℃下攪拌回流5～10h(4)真空抽濾，丙酮洗滌至純凈，80℃真空干燥，即完成功能基化的CNTs。本發(fā)明通過等離子體誘導接枝技術改善CNTs與馬來酸酐的相容性，獲得了接枝率高達12.8％的改性CNTs，原料易得，操作簡單。
文檔編號C01B31/00GK101407321SQ200810202019
公開日2009年4月15日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權日2008年10月30日
發(fā)明者廖圣云, 捷 張, 楊俊和, 霞 王, 賈潤萍, 奇 陳 申請人:上海應用技術學院