[发明专利]一种碳纳米管表面改性及复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管表面改性及复合材料的制备方法，将碳纳米管（CNT）加入丹宁酸（TA）水溶液中，超声之后加入三乙烯四胺（TETA）常温下搅拌对CNT进行改性，通过调节TA的浓度、搅拌时间和TA与TETA的摩尔比得到聚合程度较好的CNT‑PTA/TETA，再用2‑溴异丁酰溴(BiBb)对CNT‑PTA/TETA进行溴改性，最后通过表面引发原子转移自由基聚合(SI‑ATRP)方法反应得到CNT‑PTA/TETA‑Polymer复合材料。本发明在不破坏碳纳米管化学结构的条件下，通过聚合物与碳纳米管之间的非共价作用，并且利用聚合物链含有更多的官能团，不仅能更有效的降低碳纳米管间的粘附力，又可以根据所引入官能团的不同使得碳纳米管表面具有不同的功能性。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种碳纳米管表面改性及复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管具有稳定的化学结构，比表面积大，并具有优异的力学、热力学、电学及光学性质，使其在电容器、光电器件、储能电池、电化学传感器等诸多领域具有广阔的应用前景，因而成为近年来的研究热点。但由于碳纳米管是sp²杂化结构，使其化学活性差，在溶剂及聚合物基体中的分散性差，很容易发生团聚，从而使其应用受到限制。因而，通过对碳纳米管进行表面改性，在其表面引入更多的官能团，成为改善其在溶剂和聚合物基体中的分散性的重要方法，此外，还可以赋予碳纳米管更多的功能性。

碳纳米管表面改性是提高其分散性的重要方法，主要有物理方法和化学方法。化学方法一般采用强酸和强氧化剂预处理后，使其表面带有羧基等官能团，然后再通过酰胺化、酯化等反应在其表面接枝聚合物，从而提高碳纳米管的分散性。但是化学方法通过共价键作用，破坏了碳纳米管的sp²杂化结构，对其机械性能和电学性能产生一定的影响。中国专利CN103803523A报道了一种利用强碱和双氧水混合溶液处理碳纳米管后，使其与丹宁酸反应，经过表面改性处理的碳纳米管在水和有机溶剂中均匀分散并有较高的稳定性。但是强碱和双氧水预处理碳纳米管会破坏碳纳米管原有的化学结构，并且该方法修饰后的碳纳米管表面官能团较少且单一，限制了对其进行进一步改性及其多功能性。

针对现有技术中碳纳米管表面改性方法的不足，因此，有必要进一步研究一种新型的碳纳米管表面改性方法。

发明内容

本发明克服了上述方法的不足，本发明提供一种碳纳米管及复合材料的制备方法，该方法在不破坏碳纳米管化学结构的条件下，通过聚合物与碳纳米管之间的非共价作用，得到表面改性的碳纳米管材料。

本发明采取的技术方案为：

一种碳纳米管的表面改性方法，包括以下步骤：

(1)将碳纳米管(CNT)超声分散到丹宁酸(TA)的水溶液中，在搅拌下加入三乙烯四胺(TETA)，搅拌均匀后干燥，得到CNT-P(TA-TETA)；所述CNT、TA的质量比为1：(0.1-1)，TA、TETA的摩尔比为1：(1-20)；

(2)利用酰溴反应将Br引入CNT-P(TA-TETA)中，制备成为CNT-P(TA-TETA)-Br；

(3)利用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)反应将聚合物链接枝到CNT-P(TA-TETA)-Br中，从而将CNT-P(TA-TETA)-Br制备成为CNT-P(TA-TETA)-Polymer。

步骤(1)中，所述的丹宁酸的水溶液浓度为：25-1000μg/mL；反应条件为：在20-35℃、转速为500±1rpm的条件下搅拌0-48h(优选2-24h)；干燥条件为40-80℃下真空干燥8-20h。