專利名稱：：一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種將碳納米管進行分散的方法。
背景技術(shù)：
：目前的材料研究領(lǐng)域中，高分子材料填補了傳統(tǒng)無機及金屬材料所不具備的性能空白，在各領(lǐng)域替代其他材料應(yīng)用于實踐中的同時，聚合物的一些缺點也限制了它的發(fā)展，如強度不夠高，電磁學(xué)性能不能達到實際應(yīng)用要求等等，因此對聚合物材料進行增強改性是勢在必行的。作為新型納米材料的碳納米管其所具有的獨特結(jié)構(gòu)和廣泛應(yīng)用前景引起廣泛關(guān)注，力學(xué)強度高、尺寸小、電磁學(xué)性能優(yōu)異、與聚合物分子結(jié)構(gòu)相近等使其成為理想的聚合物增強材料。然而碳納米管受自身范德華力作用易團聚成束和纏繞的特性嚴(yán)重制約了碳納米管在聚合物共混的應(yīng)用。同時由于碳納米管缺少活性基團，難溶于有機溶劑及水，使對其化學(xué)性質(zhì)的研究也難以深入進行。因此怎樣簡單地得到均勻分散的碳納米管-有機溶劑懸濁液，是當(dāng)前的研究熱點。目前能夠高效地將碳納米管進行分散的方法主要有兩類化學(xué)修飾處理方法以及物理分散處理方法。化學(xué)修飾處理方法主要是通過共價功能化的方法來實現(xiàn)的，如用強酸對碳納米管表面進行化學(xué)改性，使碳納米管表面帶上極性基團，從而使其能夠在溶劑體系中分散。這類方法的實驗條件比較嚴(yán)苛，制得的碳納米管分散時間相對比較短暫，一般12h以內(nèi)又會重新團聚沉降。同時強氧化條件破壞了碳納米管表面的結(jié)構(gòu)，對其電學(xué)性能會造成影響。物理分散處理方法一般是指通過表面活性劑(SAA)對碳納米管進行分散，如陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)、十二垸基苯磺酸鈉(SDBS)等，以及陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(C16-TMAB)。SAA法雖然有較好的分散效果，但是只能將碳納米管分散以水為介質(zhì)的體系中。此外，還有用強堿和乙醇混合液對碳納米管進行表面潤濕處理的方法，雖然可以使其溶于有機溶劑中，但是目前該方法的研究僅針對價格相對昂貴的單壁碳納米管(SWNT)，且處理所需的溶劑量很大，同時這種處理方法會破壞碳納米管表面結(jié)構(gòu)。在聚合物溶液法共混過程中，高分子溶解是一個長時間的過程，分散液中碳納米管分散時間的短暫大大制約碳納米管的應(yīng)用。能通過簡單的處理直接得到長時間不易團聚的均勻分散的碳納米管-有機溶劑分散液，就成為了碳納米管-聚合物增強材料發(fā)展研究的重中之重
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種通過殼聚糖衍生物對碳納米管進行表面處理，以獲得可長時間不易團聚的均勻分散的碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法。所述的碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法如下1)將碳納米管按質(zhì)量體積比為0.112(mg/mL)，加入到濃度為1%20%(w/v)的殼聚糖衍生物溶液中，得懸濁液；2)將懸濁液釆用超聲波處理；3)將超聲波處理過的懸濁液進行離心處理，離心后的上層清液即為碳納米管-有機溶劑分散液。所述碳納米管最好為多壁碳納米管或酸化表面處理多壁碳納米管。所述酸化表面處理多壁碳納米管最好為經(jīng)濃硫酸酸化表面處理的多壁碳納米管、濃硝酸酸化表面處理的多壁碳納米管、濃磷酸酸化表面處理的多壁碳納米管、磷硫混酸酸化表面處理的多壁碳納米管或硝硫混酸酸化表面處理的多壁碳納米管等。按體積比，所述磷硫混酸中最好磷酸硫酸為2:i，所述硝硫混酸中最好硝酸硫酸為3)1。所述殼聚糖衍生物最好為苯甲?；瘹ぞ厶?BCS)或鄰苯二甲?；瘹ぞ厶?PhthCS)等。所述殼聚糖衍生物溶液的溶劑最好選自N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、N，N-二甲基乙甲酰胺(DMAC)、二甲基亞砜(DMSO)、四氫呋喃(THF)、甲酰胺、乙酰胺、乙腈、氯仿、四氯乙烯或N-甲基-2-吡咯垸酮(NMP)等中的一種。所述超聲波處理時間最好為260min。所述離心處理的離心速率最好為10005000r/min。本發(fā)明利用殼聚糖對碳納米管表面進行包覆的原理，通過殼聚糖衍生物對碳納米管進行表面處理，再采用超聲波處理將碳納米管均勻分散在有機溶劑介質(zhì)中。其工藝簡單，操作簡便，不會破壞碳納米管自身的表面結(jié)構(gòu)，其分散效果優(yōu)于大多數(shù)通過現(xiàn)有方法獲得的碳納米管-有機溶劑分散液，保持分散的時間長。且殼聚糖衍生物來源豐富，價格便宜，通過多種殼聚糖衍生物溶液的處理，可以得到分散效果不同的碳納米管分散液，以適應(yīng)多種不同有機溶劑的需要。具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例1將0.1g多壁碳納米管加入到配制好的濃度為15%的lOOmL鄰苯二甲?；瘹ぞ厶?PhthCS)的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中。將制得的懸濁液，放入超聲波反應(yīng)器中，超聲處理15min;將超聲處理過的懸濁液進行離心速率為1500r/min的離心處理，取上層清液。即為碳納米管-有機溶劑分散液。經(jīng)沉降時間測試，碳納米管-有機溶劑分散液經(jīng)放置240h后仍然穩(wěn)定，未出現(xiàn)沉降。碳納米管-有機溶劑分散液的沉降時間測試結(jié)果見表l。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>>720實施例2將0.2g濃硫酸酸化表面處理的碳納米管加入到配制好的濃度為20%的100mL苯甲酰化殼聚糖(BCS)的N，N-二甲基乙甲酰胺(DMAC)溶液中。將制得的懸濁液，放入超聲波反應(yīng)器中，超聲處理10min;將超聲處理過的懸濁液進行離心速率為2500r/min的離心處理，取上層清液。即為碳納米管-有機溶劑分散液。碳納米管-有機溶劑分散液的沉降時間測試結(jié)果見表l。實施例3將1.2g硝硫混酸(硝酸硫酸比例3:1)酸化表面處理的碳納米管加入到配制好的濃度為20%的lOOmL鄰苯二甲酰化殼聚糖(PhthCS)的二甲基亞砜(DMSO)溶液中。將制得的懸濁液，放入超聲波反應(yīng)器中超聲處理60min;將超聲處理過的懸濁液進行離心速率為5000r/min的離心處理，取上層清液。即為碳納米管-有機溶劑分散液。碳納米管-有機溶劑分散液的沉降時間測試結(jié)果見表1。實施例4將0.01g磷硫混酸(磷酸硫酸比例2:1)酸化表面處理碳納米管加入到配制好的濃度為10%的lOOmL鄰苯二甲?；瘹ぞ厶?PhthCS)的四氫呋喃(THF)溶液中。將制得的懸濁液，放入超聲波反應(yīng)器中，超聲處理2min;將超聲處理過的懸濁液進行離心速率為1000r/min的離心處理，取上層清液。即為碳納米管-有機溶劑分散液。碳納米管-有機溶劑分散液的沉降時間測試結(jié)果見表l。實施例5將0.5g濃磷酸酸化表面處理碳納米管加入到配制好的濃度為5%的lOOmL苯甲?；瘹ぞ厶?PhthCS)的甲酰胺溶液中。將制得的懸濁液，放入超聲波反應(yīng)器中，超聲處理30min;將超聲處理過的懸濁液進行離心速率為3000r/min的離心處理，取上層清液。即為碳納米管-有機溶劑分散液。碳納米管-有機溶劑分散液的沉降時間測試結(jié)果見表1。實施例6將0.3g濃硝酸酸化表面處理碳納米管加入到配制好的濃度為8%的lOOmL鄰苯二甲酰化殼聚糖(PhthCS)的乙腈溶液中。將制得的懸濁液，放入超聲波反應(yīng)器中，超聲處理5min;將超聲處理過的懸濁液進行離心速率為1500r/min的離心處理，取上層清液。即為碳納米管-有機溶劑分散液。碳納米管-有機溶劑分散液的沉降時間測試結(jié)果見表1。實施例7將0.7g未經(jīng)過表面處理碳納米管加入到配制好的濃度為10%的100mL鄰苯二甲酰化殼聚糖(PhthCS)的氯仿溶液中。將制得的懸濁液，放入超聲波反應(yīng)器中，超聲處理20min;將超聲處理過的懸濁液進行離心速率為4000r/min的離心處理，取上層清液。即為碳納米管-有機溶劑分散液。碳納米管-有機溶劑分散液的沉降時間測試結(jié)果見表1。實施例8將O.lg硝硫混酸(硝酸硫酸比例3:1)酸化表面處理碳納米管加入到配制好的濃度為1%的100mL鄰苯二甲酰化殼聚糖(PhthCS)的四氯乙烯溶液中。將制得的懸濁液，放入超聲波反應(yīng)器中，超聲處理20min;將超聲處理過的懸濁液進行離心速率為3000r/min的離心處理，取上層清液。即為碳納米管-有機溶劑分散液。碳納米管-有機溶劑分散液的沉降時間測試結(jié)果見表1。實施例9將0.8g多壁碳納米管加入到配制好的濃度為8%的lOOmL鄰苯二甲酰化殼聚糖(PhthCS)的N-甲基-2-吡咯垸酮(NMP)溶液中。將制得的懸濁液，放入超聲波反應(yīng)器中超聲處理45min;將超聲處理過的懸濁液進行離心速率為4500r/min的離心處理，取上層清液。即為碳納米管-有機溶劑分散液。碳納米管-有機溶劑分散液的沉降時間測試結(jié)果見表1。對比例將多壁碳納米管和酸化處理碳納米管不經(jīng)過殼聚糖衍生物處理直接加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，制得的懸濁液不超過0.5h碳納米管就已沉降。權(quán)利要求1.一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)將碳納米管按質(zhì)量體積比為0.1～12mg/mL，加入到濃度為1％～20％的殼聚糖衍生物溶液中，得懸濁液；2)將懸濁液采用超聲波處理；3)將超聲波處理過的懸濁液進行離心處理，離心后的上層清液即為碳納米管-有機溶劑分散液。2.如權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，其特征在于所述碳納米管最好為多壁碳納米管或酸化表面處理多壁碳納米管。3.如權(quán)利要求1和2所述的一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，其特征在于所述酸化表面處理多壁碳納米管為經(jīng)濃硫酸酸化表面處理的多壁碳納米管、濃硝酸酸化表面處理的多壁碳納米管、濃磷酸酸化表面處理的多壁碳納米管、磷硫混酸酸化表面處理的多壁碳納米管或硝硫混酸酸化表面處理的多壁碳納米管。4.如權(quán)利要求3所述的一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，其特征在于按體積比，所述磷硫混酸中磷酸硫酸為2:1。5.如權(quán)利要求3所述的一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，其特征在于按體積比，所述硝硫混酸中硝酸硫酸為3:i。6.如權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，其特征在于所述殼聚糖衍生物為苯甲?；瘹ぞ厶腔蜞彵蕉柞；瘹ぞ厶?。7.如權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，其特征在于所述殼聚糖衍生物溶液的溶劑選自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙甲酰胺、二甲基亞砜、四氫呋喃、甲酰胺、乙酰胺、乙腈、氯仿、四氯乙烯或N-甲基-2-吡咯垸酮中的一種。8.如權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，其特征在于所述超聲波處理時間為260min。9.如權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，其特征在于所述離心處理的離心速率為10005000r/min。全文摘要一種碳納米管-有機溶劑分散液的制備方法，涉及一種將碳納米管進行分散的方法。提供一種通過殼聚糖衍生物對碳納米管進行表面處理，以獲得可長時間不易團聚的均勻分散的碳納米管-有機溶劑分散液的方法。將碳納米管按質(zhì)量體積比為0.1～12(mg/mL)，加入到濃度為1％～20％(w/v)的殼聚糖衍生物溶液中，得懸濁液；將懸濁液采用超聲波處理；將超聲波處理過的懸濁液進行離心處理，離心后的上層清液即為碳納米管-有機溶劑分散液。其工藝簡單，操作簡便，不會破壞碳納米管自身的表面結(jié)構(gòu)，分散效果優(yōu)，保持分散的時間長。通過多種殼聚糖衍生物溶液的處理，可以得到分散效果不同的碳納米管分散液，以適應(yīng)多種不同有機溶劑的需要。文檔編號C08J3/20GK101407598SQ200810072230公開日2009年4月15日申請日期2008年11月26日優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日發(fā)明者花周,曾海濤,董炎明申請人:廈門大學(xué)