專利名稱：一種多壁碳納米管的表面修飾方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多壁碳納米管的表面修飾方法，屬無機(jī)碳材料表面修飾及改變性能技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多壁碳納米管MWNTs的直徑從幾納米到幾十納米不等，長度一般為幾微米到幾十微米，有時(shí)可達(dá)毫米級，其長徑比可達(dá)1000以上，具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，是一種性能優(yōu)良的添加材料，在制備聚合物基復(fù)合材料中得到了廣泛應(yīng)用，由于其比表面積大，表面能較高，極易發(fā)生團(tuán)聚，且與聚合物基體界面結(jié)合力較弱，相容性很差，這些缺陷限制了多壁碳納米管在聚合物基復(fù)合材料中的應(yīng)用。為了克服多壁碳納米管的應(yīng)用缺陷，必須對其表面進(jìn)行修飾，改變多壁碳納米管的表面性能，以解決分散性和相容性問題，常用的方法是酸化法，通過物理、化學(xué)或電化學(xué)法接枝或包覆偶聯(lián)劑、聚合物或金屬層，往往效果不佳，有的只能在多壁碳納米管的端口或缺陷處進(jìn)行修飾，作用有限，有的通過物理作用將羧酸芘或硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行包覆，但此方法受熱力學(xué)因素影響較大，表面包覆層不穩(wěn)定，易損壞，不能很好的起到增強(qiáng)的效果。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)的不足，采用一種新的表面修飾方法，采用對苯二甲酸為修飾材料，通過酯化反應(yīng)對帶羥基的多壁碳納米管MWNTs-OH進(jìn)行表面修飾，利用多壁碳納米管表面的羥基與對苯二甲酸的羧基發(fā)生酯化反應(yīng)，把修飾材料接枝到多壁碳納米管的表面，以大幅度提高多壁碳納米管的性能和與基體的相容性。技術(shù)方案本發(fā)明使用的化學(xué)物質(zhì)材料為對苯二甲酸、帶羥基多壁碳納米管、乙二醇、N， N-二甲基甲酰胺、氮?dú)?、鹽酸、去離子水、硝酸銀、三氧化二銻、油浴油，其組合用量如下以克、毫升為計(jì)量單位OO
“/—N “
HO -C-<0>-C-OH
帶羥基多壁碳納米管MWNTs-OH C
對苯二甲酸
乙二醇C2H6O2
N,N-二甲基甲酰胺HCON(CH3)2 三氧化二銻Sb2O3 鹽酸HCl 硝酸銀AgNO3 去離子水:H2O 氮?dú)釴2

油浴油(CH3)3SiO[(CH3)2SiO]n-Si(CH3)3
修飾方法如下 (1)精選化學(xué)物質(zhì)材料
對制備使用的化學(xué)物質(zhì)材料要進(jìn)行精選，并進(jìn)行質(zhì)量純度控制
2g±0.001g 20g±0.01g IOOOml 士 IOml 2000ml±10ml
Ig士 0.00 Ig
500ml± IOml lg±0.001g 5 OOOml 士 IOml
5OOOcm3士 10 cm3
5 OOml 士 IOml
帶羥基多壁碳納米管固態(tài)固體^95%對苯二甲酸固態(tài)固體99.5%乙二醇液態(tài)液體99.7%N,N-二甲基甲酰胺液態(tài)液體99.7%三氧化二銻固態(tài)固體99.5%鹽酸液態(tài)液體濃度36.5%硝酸銀固態(tài)固體99.5%去離子水液態(tài)液體99.9%氮?dú)鈿鈶B(tài)氣體99.5%油浴油液態(tài)液體95%(2)超聲分散、包覆多壁碳納米管超聲分散、包覆多壁碳納米管是在超聲分散機(jī)中、在加熱狀態(tài)下進(jìn)行的，將燒杯置于超聲分散機(jī)內(nèi)的超聲水槽內(nèi)，超聲水槽在超聲分散機(jī)上部，超聲水槽內(nèi)置放超聲水，超聲水要淹沒燒杯體積的4/5，燒杯中盛放混合液；①稱取帶羥基多壁碳納米管2g±0. OOlg ；稱取乙二醇500ml 士0. Iml ；加入燒杯中，攪拌5min，成混合液；②將盛有混合液的燒杯置于超聲分散機(jī)內(nèi)，開啟超聲分散機(jī)，使超聲水溫度升至 40 0C 士 2°C ；調(diào)控超聲波頻率為40KHz ；③多壁碳納米管在加熱、超聲波作用下被乙二醇包覆，時(shí)間為120min士2min ；④關(guān)閉超聲分散機(jī)，使混合液自然冷卻至25°C ；⑤抽濾，將燒杯中分散后的混合液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用兩層微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中，棄掉；⑥洗滌、抽濾將產(chǎn)物濾餅置于燒杯中，加入去離子水300ml，攪拌、洗滌5min，成洗滌液；將洗滌液置于抽濾瓶的布氏漏斗中，用兩層微孔濾膜進(jìn)行抽濾，濾膜上留存產(chǎn)物濾餅，廢液抽至濾瓶中，棄掉；洗滌、抽濾重復(fù)進(jìn)行5次；⑦真空干燥，將洗滌、抽濾后的產(chǎn)物濾餅置于石英盤中，然后置于真空干燥箱中進(jìn)行干燥，干燥溫度120°C 士2°C，真空度10Pa，干燥時(shí)間480min，干燥后得乙二醇包覆多壁碳納米管C-O-C2H5OH ；(3)表面修飾多壁碳納米管表面修飾多壁碳納米管是在四口燒瓶中進(jìn)行的，將四口燒瓶置于油浴缸上，將油浴缸置于電熱攪拌器上，油浴缸內(nèi)置放油浴油，油浴油要淹沒四口燒瓶體積的4/5，在四口燒瓶上由左至右依次設(shè)置氮?dú)夤?、加液漏斗、攪拌器、水循環(huán)冷凝管；①配制鹽酸水溶液將鹽酸84ml，去離子水916ml加入IOOOml容量瓶中，搖動容量瓶，配制成lmol/L 的鹽酸水溶液；②稱取乙二醇包覆多壁碳納米管2g±0. OOlg ；對苯二甲酸20g士O.OOlg ；三氧化二銻Ig士0. OOlg ；N, N- 二甲基甲酰胺 300ml 士 Iml ；加入四口燒瓶中；③開啟電熱攪拌器，四口燒瓶內(nèi)溫度由25°C升至140°C 士2°C，并在此溫度恒溫、 保溫；開啟攪拌器，進(jìn)行攪拌，攪拌轉(zhuǎn)數(shù)為lOOr/min ；開啟氮?dú)忾y，向四口燒內(nèi)瓶輸入氮?dú)?，輸入速?0cm7min ；開啟水循環(huán)冷凝管，進(jìn)行水循環(huán)冷凝；④四口燒瓶內(nèi)化學(xué)物質(zhì)在加熱、油浴、攪拌、氮?dú)獗Ｗo(hù)、水循環(huán)冷凝狀態(tài)下，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，完成多壁碳納米管的表面修飾，時(shí)間300min，反應(yīng)方程式如下
權(quán)利要求
1. 一種多壁碳納米管的表面修飾方法，其特征在于使用的化學(xué)物質(zhì)材料為對苯: 甲酸、帶羥基多壁碳納米管、乙二醇、N, N-二甲基甲酰胺、氮?dú)?、鹽酸、去離子水、硝酸銀、J 氧化二銻、油浴油，其組合用量如下以克、毫升為計(jì)量單位帶羥基多壁碳納米管
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多壁碳納米管的表面修飾方法，其特征在于多壁碳納米管的分散包覆是在超聲分散機(jī)上進(jìn)行的，在超聲分散機(jī)(1)上設(shè)有顯示屏(2)、指示燈(3)、溫度控制器(4)、超聲頻率控制器(5)，在超聲分散機(jī)(1)上部設(shè)有超聲槽(6)，超聲槽(6) 內(nèi)為超聲水(7)，在超聲槽(6)的中間位置為燒杯(8)，燒杯(8)內(nèi)為混合液(9)，燒杯(8) 浸入超聲水內(nèi)，超聲水要淹沒燒杯(8)體積的4/5，燒杯(8)由超聲槽(6)上的槽蓋(10)固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種多壁碳納米管的表面修飾方法，其特征在于多壁碳納米管的表面修飾在四口燒瓶中進(jìn)行的，四口燒瓶(18)置于油浴缸(16)上，并由缸蓋(30)固定，油浴缸(16)置于電熱攪拌器(11)上，油浴缸(16)內(nèi)置放油浴油(17)，油浴油(17)要淹沒四口燒瓶(18)體積的4/5 ；電熱攪拌器(11)上設(shè)有顯示屏(12)、指示燈(13)、溫度控制器(14)、攪拌器(15)；在四口燒瓶上由左至右依次設(shè)有氮?dú)夤?19)及氮?dú)忾y(27)，加液漏斗(20)及控制閥(26)，攪拌器(21)，水循環(huán)冷凝管(22)及進(jìn)水口(23)、出水口(24)、出氣口(25)；氮?dú)夤?19)聯(lián)接氮?dú)馄?28)；四口燒瓶內(nèi)為反應(yīng)液(17)及氮?dú)?29)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多壁碳納米管的表面修飾方法，是根據(jù)多壁碳納米管和聚合物基體特性，采用對苯二甲酸為修飾材料，先對多壁碳納米管在超聲分散機(jī)內(nèi)進(jìn)行超聲分散、包覆乙二醇，然后在四口燒瓶內(nèi)，在油浴、加熱、攪拌、氮?dú)獗Ｗo(hù)、水循環(huán)冷凝裝態(tài)下，進(jìn)行表面修飾，經(jīng)洗滌、抽濾、真空干燥，制成包覆改性多壁碳納米管，包覆層厚度可達(dá)5～15nm，直徑為40～60nm，長度為20μm，化學(xué)物理性能穩(wěn)定，不易團(tuán)聚，可與多種化學(xué)物質(zhì)匹配，相容性好，此表面修飾方法工藝先進(jìn)，使用設(shè)備材料少，工藝流程短，量值翔實(shí)準(zhǔn)確，是十分理想的多壁碳納米管的表面修飾方法。
文檔編號C08K9/04GK102219925SQ20111013098
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者侯文生, 戴晉明, 李寅, 牛梅, 相增輝, 范海賓, 蔡智峰 申請人:太原理工大學(xué)