[发明专利]一种改性碳纳米管的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米管的改性领域，尤其涉及一种改性碳纳米管的制备方法。

背景技术

自从1991年碳纳米管发现以来，碳纳米管就因其独特的结构和优异的性能而倍受人们重视，因其具有高强度、高热性能与电导率等性能，使其在理论研究领域与实际应用方面都受到较高的关注。碳纳米管之所以有这么多的优点，主要在于它的π键共轭结构，但是，在另一方面，由于它引起的范德华力相互作用，致使碳纳米管比较容易团聚，从而很难溶解于有机或无机溶剂中。这种难溶性严重限制了碳纳米管的应用领域与发展前景。因此，为了提高碳纳米管的溶解分散能力，创造良好的界面，增加其与基体的界面结合力，需要对碳纳米管进行改性和表面修饰功能化等处理。到目前为止，碳纳米管功能化的方法主要有两种：非共价化学修饰和共价化学修饰，碳纳米管功能化的方法主要是利用有机、无机、生物化学与聚合物等来实现的。

在各种共价功能化碳纳米管的方法中，将聚合物锚定在碳纳米管上是一个比较具有吸引力的方法，因为两个不同性质的材料可以结合在一起而得到一种杂化材料。这可以通过嫁接与移植方法来实现。前一种途径可以由酸化后碳纳米管表面的羧基基团直接反应来完成，该方法利用末端带有官能团的线形聚合物很容易实现，但是，嫁接方法的缺点在于碳纳米管的位阻作用，使得预嫁接的聚合物链在碳纳米管表面的接枝密度较低。而移植方法涉及到单体从碳纳米管表面的引发点的原位聚合，容易产生较高的接枝密度。因此，原子转移自由基聚合、自由基聚合、阴离子聚合、开环易位聚合、可逆加成-断裂链转移自由基聚合等方法已经被用来共价功能化碳纳米管，然而，通过移植方法，在碳纳米管的表面接枝的聚合物很难获得可控的分子量。这就需要寻求一种既可以在碳纳米管表面有高的接枝密度又可以使聚合物的分子量可控的碳纳米管的改性方法，从而拓展碳纳米管的应用空间。

发明内容

本发明为解决上述现有技术中的缺陷提供一种改性碳纳米管的制备方法，对碳纳米管进行科学处理，以提高碳纳米管性能，拓展碳纳米管的应用空间。

为解决上述技术问题，本发明方案包括：

一种改性碳纳米管的制备方法，所述的改性碳纳米管制备方法包括以下步骤：

A、制取酸化的碳纳米管，在超声波处理、加热回流处理条件下，0.5-5重量份的原始碳纳米管在强氧化性酸中充分反应，将反应后混合物经过去离子水稀释、微孔滤膜真空抽滤处理后，经多次冲洗，至冲洗液到中性时，将冲洗后的产物在真空状态下完全干燥，得到酸化的碳纳米管；

B、制取表面带有氮氧自由基的碳纳米管，将所述酸化的碳纳米管与4-羟基-2，2，6，6-四甲基吡啶氮氧自由基、4-二甲基氨基吡啶、N，N’-二环己基碳二亚胺充分混合在溶剂内，在20℃-80℃且磁力强力搅拌条件下充分反应后，将该反应所得产物经微孔滤膜真空抽滤并多次洗涤后，再在0℃-180℃的真空状态下完全干燥，得到表面带有氮氧自由基的碳纳米管；

C、制取末端带有卤素基团的大分子引发剂，将0.1-5重量份的小分子引发剂、0.1-5重量份的催化剂、0.1-5重量份的配位体与1-50体积份的溶剂放入容器中密封，向该容器内充入氩气或氮气1min-100min，对该容器进行三次冷冻-抽真空-解冻循环后，向该容器内加入0.1-100体积份的含双键单体并密封，向该容器内充入氩气或氮气1min-100min，对该容器进行三次冷冻-抽真空-解冻循环，然后在0℃-150℃条件下充分反应0.1h-1000h，容器内粘度明显增加后，停止该反应，将该反应得到的粗产物用溶剂溶解，并通过中性氧化铝柱子除去带颜色的过渡态金属离子等杂质后，再蒸发干燥，得到末端带有卤素基团的大分子引发剂；

D、将所述步骤B中得到的表面带有-2，2，6，6-四甲基吡啶氮氧自由基的碳纳米管0.1-10重量份、所述步骤C中得到的末端带有卤素基团的大分子引发剂0.1-10重量份、配位体0.1-5重量份与溶剂1-100体积份放入容器中，将容器密封后通氩气或氮气1min-100min，并对该容器进行三次冷冻-抽真空-解冻循环，在0℃-150℃条件下充分反应，将该反应所得产物用溶剂溶解稀释后，经微孔滤膜真空抽滤并多次洗涤，再在0℃-180℃条件下完全干燥，得到聚合物接枝改性的碳纳米管。

所述的制备方法，其中，所述步骤A还包括以下步骤：

A1、将0.5-5重量份的原始碳纳米管放入20-200体积份的强氧化性酸中，以0-100kHz超声波处理0.1h-100h后，在20℃-200℃加热回流并充分反应0.5h-100h；