[发明专利]一种二醋酸纤维素－碳纳米管衍生物及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种衍生物，特别是涉及一种二醋酸纤维素-碳纳米管衍生物，以及该种衍生物的制备方法和用途，属于天然高分子领域，也属于纳米材料领域。

背景技术

1991年，日本科学家Iijima S.发现了碳纳米管(Iijima S.Discovery of carbon nano-tubes.Kagaku to Kogyo，1993，67(12)：500-506)。经过十几年的发展，碳纳米管已经成为纳米科技重要的研究前沿，其重大研究成果层出不穷，在21世纪科技发展中占有举足轻重的地位。碳纳米管奇特的准一维中空管结构使其在吸附、电学、磁学、场致发射、力学、电化学等许多方面具有优异的性能。然而，极差的溶解性严重限制了碳纳米管的研究与应用。通过化学修饰不仅能有效改善碳纳米管的溶解性，而且能赋予其更多功能，进一步拓宽其应用领域。

近几年来，利用高分子对碳纳米管进行共价化学修饰尤其得到了广泛重视，它已成为制备具有某些特定功能的碳纳米管及其复合材料的有力手段，对研发相关纳米器件和新型材料有很大的理论和现实意义。目前，国内外利用高分子共价修饰碳纳米管的很多研究主要集中于合成高分子，还没有利用天然高分子衍生物——醋酸纤维素共价修饰碳纳米管的研究报道。然而，合成高分子主要来源于日益枯竭的化石资源，而且用来修饰的一些高分子还含有毒性苯环等芳香烃(Feng，W.；Bai，X.D.；Lian，Y.Q.；et al.Carbon 2003，41，1551)。

醋酸纤维素发现于1869年，是最早研究和生产的纤维素衍生物之一，也是公认的至关重要的纤维素有机酸酯；其中，酯化度为2-3的二醋酸纤维素可溶于丙酮，目前已广泛应用于制造香烟过滤嘴丝束、高性能分离膜材料、纺织材料、涂料、塑料等(高洁，汤烈贵.纤维素科学.北京：科学出版社，1996；许冬生.纤维素衍生物.北京：化学工业出版社，2001)。

与合成高分子相比，二醋酸纤维素是无毒、生物相容、生物可降解、环境友好、用之不竭的可再生资源，在众多领域中应用广泛。因此，二醋酸纤维素可作为共价修饰碳纳米管的理想高分子。由于碳纳米管和二醋酸纤维素都是拥有许多优异性能的材料，因此将二醋酸纤维素与碳纳米管通过共价键相结合，可望在改善碳纳米管溶解性的同时，研发出兼具甚至是优于两者性能的，在烟用滤材等领域有应用前景的，绿色环保的新型纳米复合材料。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种由天然高分子材料——二醋酸纤维素和碳纳米管制备的二醋酸纤维素-碳纳米管衍生物。

本发明的第二个目的是提供上述二醋酸纤维素-碳纳米管衍生物的制备方法。

本发明的第三个目的是提供上述二醋酸纤维素-碳纳米管衍生物的用途。

本发明的第一个目的通过以下技术方案予以实现：

一种二醋酸纤维素-碳纳米管衍生物，它是原始碳纳米管经球磨、纯化、酸化处理的基础上，与卤化试剂反应，将碳纳米管表面的羧酸基团转化为反应活性较强的酰卤基团后，与二元官能团有机化合物反应，使活泼官能团从碳纳米管的表面延伸出来，再与三氯均三嗪反应，得到表面存在可以与羟基反应的活泼含氯三嗪环的碳纳米管，最后与二醋酸纤维素通过亲核取代反应而制备得到。该二醋酸纤维素-碳纳米管衍生物中，二醋酸纤维素和碳纳米管的质量含量比约为0.6-8∶1。

本发明的第二个目的通过以下技术方案予以实现：

一种二醋酸纤维素-碳纳米管衍生物的制备方法，它包括以下步骤：

1、对碳纳米管进行预处理；

2、将预处理后的碳纳米管和卤化试剂在有机溶剂A中搅拌均匀，然后超声、离心，经有机溶剂B洗净后，在室温下真空干燥，得到表面带有酰卤官能团的碳纳米管；

3、将上述带有酰卤官能团的碳纳米管、二元官能团有机化合物和脱酸剂在有机溶剂C中混合，搅拌均匀，然后在氮气保护下超声反应充分，蒸除有机溶剂C和脱酸剂，再经混合溶剂D洗净后，在室温下真空干燥，得到活泼官能团从碳纳米管的表面延伸出来的衍生物；

4、将上述带有活泼官能团的碳纳米管和三氯均三嗪在四氢呋喃中混合，搅拌均匀，在低温下超声后，再在低温下反应充分，经有机溶剂E洗净后，在室温下真空干燥，得到表面存在活泼含氯三嗪环的碳纳米管衍生物；