專利名稱：碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料制備方法，屬于碳納米管/熱塑性聚氨酯復合材料技術(shù)。
背景技術(shù)：
驅(qū)動器件是智能體系中極其重要的組成部分，高分子材料因具有軟物質(zhì)的典型特征，易于對外場作出響應，因此在智能驅(qū)動材料的研究中具有不可替代的作用。以光作為驅(qū)動力能滿足人們對快速、遠程及非接觸式精確控制智能材料與系統(tǒng)的需要。利用高分子材料的光致形變性可以將光能轉(zhuǎn)化為熱能，進一步將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，有望推動微型光-機械換能器件的開發(fā)。熱塑性聚氨酯具有軟、硬交替排列的嵌段結(jié)構(gòu)，由于軟、硬段之間的熱力學不相容性，使體系發(fā)生微相分離。其中硬段聚集成微晶區(qū)，起到物理交聯(lián)點的作用，可作為固定相； 軟段的Tg或Tm高于室溫，則可作為可逆相，因此熱塑性聚氨酯具有一定的形狀記憶功能。 且熱塑性聚氨酯易加工成型，價格低廉。該熱塑性聚氨酯在200-2000nm范圍內(nèi)的光吸收性很弱，本身不具有光驅(qū)動性。CNT管作為一維納米材料，重量輕，共軛結(jié)構(gòu)完整，具有許多異常的力學、電學和熱學性能。研究表明碳納米管在200nm-2000nm范圍內(nèi)具有一定的光吸收性質(zhì)，將碳納米管功能化后，使其易均勻分散在熱塑性聚氨酯且具有一定的共軛結(jié)構(gòu)，從而制得光響應智能驅(qū)動材料薄膜。該薄膜具有較好的力學性能和光響應智能驅(qū)動性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料的制備方法。該制備方法過程簡單，制得的復合材料具有較好的力學性能和光驅(qū)動性。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案加以實現(xiàn)的，一種碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料的制備方法，其特征包括以下過程1)將一定質(zhì)量的碳納米管加入到質(zhì)量濃度98%硫酸和質(zhì)量濃度37%硝酸體積比為1 3的混合溶液中，在溫度為20-30°C攪拌1.5-3小時，抽濾并用去離子水洗至中性； 將所得的碳納米管分散到去離子水中配成lmg/ml的溶液，超聲1-2小時分散，將質(zhì)量為碳納米管2-3倍的對氨基苯磺酸重氮鹽加入到上述溶液中，冰浴攪拌2-4小時，抽濾并用去離子水洗滌至中性，烘干即制得帶有磺酸基團的功能化碳納米管；2)將步驟1)制得的帶有磺酸基團的碳納米管加入到N，N 二甲基甲酰胺中，配成 0. 71-2. 86mg/ml的溶液，超聲分散1_2小時，再將質(zhì)量為碳納米管50-200倍的熱塑性聚氨酯加入到上述混合溶液中，在70-80°C恒溫1-2小時，再超聲分散1-1. 5小時，將所得混合溶液澆入聚四氟乙烯模具，真空干燥30-40小時，即得到碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料薄膜。本發(fā)明制備方法過程簡單，所制得的功能化碳納米管在水和有機溶劑中具有良好的溶解性，且具有一定的共軛結(jié)構(gòu)。所得的功能化碳納米管能均勻的分散在熱塑性聚氨酯中，利用功能化碳納米管在200-2000nm范圍內(nèi)的光吸收性，使得所制備的復合材料薄膜具有光響應智能驅(qū)動性，能完成將光能轉(zhuǎn)化為熱能，進一步將熱能轉(zhuǎn)化為機械能的過程。熱塑性聚氨酯容易加工成型，價格低廉，大大降低的成本，有利于大規(guī)模生產(chǎn)和廣泛應用。


圖1為酸化碳納米管和磺化碳納米管的紅外光譜圖。圖中在1217CHT1處出現(xiàn)對氨基苯磺酸中磺酸基團的S = 0非對稱伸縮振動峰，證明酸化碳納米管表面修飾有磺酸基團。圖2為0. 05mg/ml磺化碳納米管水溶液光吸收譜圖。圖中可以觀察到在可見光和近紅外區(qū)有很好的光吸收性。圖3為純熱塑性聚氨酯薄膜和磺化碳納米管熱塑性聚氨酯復合薄膜的光吸收圖譜。圖中可以觀察純熱塑性聚氨酯薄膜在可見光和近紅外區(qū)的光吸收性很弱，不具有光驅(qū)動性。加入磺化碳納米管后，復合薄膜在可見光和緊紅外區(qū)有較強的光吸收性，使得復合薄膜具有光響應性。
具體實施例方式下面給出本發(fā)明的3個實施例，是對本發(fā)明的進一步說明，而不是限制本發(fā)明的范圍。實施例1:1)功能化碳納米管的制備本實施例中采用的碳納米管平均長度為5um，平均直徑為25nm，量取IOml質(zhì)量濃度98%硫酸和30ml質(zhì)量濃度37%硝酸體積配成混合溶液，將 150mg碳納米管將入到上述混合溶液中常溫攪拌2小時，抽濾，用去離子水洗至中性；將所得碳納米管重新分散在150g去離子水中超聲1. 5小時；將239. 3mg對氨基苯磺酸溶解在 32g水和2. 6g lmol/L鹽酸的混合溶液中；將93. 7mg亞硝酸鈉溶于20g水中，將上述亞硝酸鈉水溶液滴加到對氨基苯磺酸溶液中，冰浴反應1小時，即得到對氨基苯磺酸重氮鹽水溶液再將333mg對氨基苯磺酸的重氮鹽加入到碳納米管溶液中，冰浴攪拌4小時，抽濾并用去離子水洗滌至中性，烘干即制得帶有磺酸基團的功能化碳納米管。2)0. 5wt%功能化碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應驅(qū)動智能材料薄膜的制備將 IOmg功能化碳納米管分散到Hml N，N 二甲基甲酰胺中，超聲分散1小時。將2g熱塑性聚氨酯加入上述溶液中，75°C加熱1小時，再超聲分散1. 5小時。將的到的混合溶液澆入四氟乙烯模具中，60°C真空干燥36小時，即可得到膜厚為2mm左右碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料。該碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料薄膜具有較好的光驅(qū)動性，含碳納米管復合膜在氙燈的照射下能提起50g重物上升3cm，響應時間7-8秒左右，形狀
恢復率達到80%以上。同時且其機械性能也也有很大的提高，楊氏模量提高了 70%以上。實施例2:1)功能化碳納米管制備過程與實施例1步驟1)相同。
2) 功能化碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應驅(qū)動智能材料薄膜的制備將 20mg功能化碳納米管分散到Hml N，N 二甲基甲酰胺中，超聲分散1小時。將2g熱塑性聚氨酯加入上述溶液中，75°C加熱1小時，再超聲分散1. 5小時。將得到的混合溶液澆入四氟乙烯模具中，60°C真空干燥36小時，即可得到膜厚為2mm左右碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料。該碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料薄膜具有較好的光驅(qū)動性，含碳納米管復合膜在氙燈的照射下能提起50g重物上升3cm，響應時間7-8秒左右，形狀
恢復率達到80%以上。同時且其機械性能也也有很大的提高，楊氏模量提高了 70%以上。實施例3 1)功能化碳納米管制備過程與實施例1步驟1)相同。2) 2wt%功能化碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應驅(qū)動智能材料薄膜的制備將 40mg功能化碳納米管分散到Hml N，N 二甲基甲酰胺中，超聲分散1小時。將2g熱塑性聚氨酯加入上述溶液中，75°C加熱1小時，再超聲分散1. 5小時。將的到的混合溶液澆入聚四氟乙烯模具中，60°C真空干燥36小時，即可得得到膜厚為2mm左右碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料。該碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料薄膜具有較好的光驅(qū)動性，含碳納米管復合膜在氙燈的照射下能提起50g重物上升3cm，響應時間7-8秒左右，形狀
恢復率達到80%以上。同時且其機械性能也也有很大的提高，楊氏模量提高了 70%以上。
權(quán)利要求
1. 一種碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料的制備方法，其特征包括以下過程1)將一定質(zhì)量的碳納米管加入到質(zhì)量濃度98%硫酸和質(zhì)量濃度37%硝酸體積比為 1 3的混合溶液中，在溫度為20-30°C攪拌1.5-3小時，抽濾并用去離子水洗至中性；將所得的碳納米管分散到去離子水中配成lmg/ml的溶液，超聲1-2小時分散，將質(zhì)量為碳納米管2-3倍的對氨基苯磺酸重氮鹽加入到上述溶液中，冰浴攪拌2-4小時，抽濾并用去離子水洗滌至中性，烘干即制得帶有磺酸基團的功能化碳納米管；2)將步驟1)制得的帶有磺酸基團的碳納米管加入到N，N二甲基甲酰胺中，配成 0. 71-2. 86mg/ml的溶液，超聲分散1_2小時，再將質(zhì)量為碳納米管50-200倍的熱塑性聚氨酯加入到上述混合溶液中，在70-80°C恒溫1-2小時，再超聲分散1-1. 5小時，將所得混合溶液澆入聚四氟乙烯模具，真空干燥30-40小時，即得到碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料薄膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種碳納米管/熱塑性聚氨酯光響應智能驅(qū)動材料的制備方法。經(jīng)過酸化，磺化過程對碳納米管進行表面修飾，用溶液共混法將該功能化碳納米管與熱塑性聚氨酯共混，經(jīng)超聲處理使碳納米管和聚氨酯均勻混合，將混合溶液澆入聚四氟乙烯磨具中，真空干燥制得復合膜。該復合膜具有較好的光驅(qū)動性，含1wt％碳納米管復合膜在光的照射下能提起50g重物上升3cm，響應時間7-8秒左右，形狀恢復率達到80％以上。同時且其機械性能也也有很大的提高，楊氏模量提高了70％-100％。
文檔編號C08K9/04GK102558587SQ20111043153
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者馮奕鈺, 封偉, 郭海強 申請人:天津大學