高分子功能化碳纳米管及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高分子功能化碳纳米管，其中，高分子含量为30-95wt％。采用碳纳米管表面共价接枝高分子的方法制备得到，是将乙烯基修饰的碳纳米管在乙腈、功能单体、交联剂和引发剂偶氮二异丁腈中进行沉淀聚合反应，修饰高分子，所述功能单体是甲基丙烯酸，丙烯酸，苯乙烯，乙烯基磷酸二甲酯，乙烯基咪唑，乙烯基吡啶，丙烯酰胺，异丙基丙烯酰胺，丙烯腈和丙烯酸羟乙酯中一种；所述交联剂是乙二醇二甲基丙烯酸酯，二乙烯基苯和N,N'-亚甲基双丙烯酰胺中一种；从而制备了一系列不同组成的高分子功能化的碳纳米管。本发明专利技术制备方法高分子修饰的量大，反应迅速，高分子层厚度均一、可控，适用于一系列乙烯基功能单体。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功能化碳纳米管的制备方法，具体来说涉及一种碳纳米管新型功能化制备方法，属于碳材料
。
技术介绍
碳纳米管由于具有独特的一维纳米结构、具有较大的比表面积、优异的力学性能、特殊的电学性质及良好的传热性能，自首次报道以来，即受到科学界和工业界广泛而持续的关注。碳纳米管在复合材料、电子器件、场发射显示器、催化剂载体、储氢材料等方面有巨大的应用价值。由于碳纳米管疏水性强，易团聚，不溶于任何溶剂，因此对碳纳米管进行有机功能化是碳纳米管应用的重要前提。目前，很多表面引发的聚合方法已经用于功能化碳纳米管，例如，原子转移自由基聚合法，乳液聚合法，自由基聚合法。本专利提供一种新型的碳纳米管功能化方法-沉淀聚合法。相比其它聚合方法，沉淀聚合法更为高效，碳纳米管表面的功能化高分子层厚度均一、可控。所专利技术的碳纳米管功能化方法有望用于复合材料、电子器件等领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种功能化碳纳米管及其制备方法，所提供的方法碳纳米管表面高分子修饰的量大，反应迅速，高分子层厚度均一、可控，通用性强。本专利技术一种高分子功能化碳纳米管，由高分子与碳纳米管共价连接构成，其中，高分子含量为30-95wt%。 本专利技术高分子功能化碳纳米管的制备方法，先将羟基化碳纳米管与3_(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯反应，分离纯化，获得乙烯基修饰的碳纳米管；然后，将乙烯基修饰的碳纳米管在乙腈、功能单体、交联剂和偶氮二异丁腈中沸腾状态下反应，进行表面引发的聚合反应，修饰高分子层，从而获得高分子功能化碳纳米管。进一步讲，本专利技术高分子功能化碳纳米管的制备方法，包括:步骤I)制备乙烯基修饰碳纳米管:将一定量羟基化碳纳米管超声分散于无水乙醇，其中羟基化碳纳米管与乙醇的质量比为1:200-1:20，加入3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯，其中3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯与乙醇的体积比为1:400-1:40，在60°C条件下搅拌24h，离心洗涤干燥得乙烯基修饰的碳纳米管；步骤2)碳纳米管的高分子功能化:称取一定量步骤I)制得的乙烯基修饰的碳纳米管分散于乙腈中，其中乙烯基修饰的碳纳米管与乙腈的质量比为1:500-1:50，超声30min,加入功能单体、交联剂、偶氮二异丁腈,其中功能单体与交联剂的体积比为1:3-3:1,偶氮二异丁腈的质量为功能单体与交联剂质量之和的l-2wt%，用加热套加热至沸腾，反应时间40-120min，蒸出一定量溶剂，蒸出的溶剂体积与加入的乙腈体积之比为1:8-3:4，离心洗涤，在40°C真空烘箱干燥24h，至此得到高分子功能化碳纳米管。其中，所述功能单体是甲基丙烯酸，丙烯酸，苯乙烯，乙烯基磷酸二甲酯，乙烯基咪唑，乙烯基吡啶，丙烯酰胺，异丙基丙烯酰胺，丙烯腈和丙烯酸羟乙酯中的一种；所述交联剂是乙二醇二甲基丙烯酸酯，二乙烯基苯和N，N’-亚甲基双丙烯酰胺中的一种。本专利技术可以制备一系列不同组成的高分子功能化的碳纳米管。本专利技术的优点在于:本专利技术提供的高分子功能化碳纳米管，其表面高分子修饰的量大，在制备方法中反应迅速，高分子层厚度均一、可控，通用性强。【附图说明】图1为实施例1中所制备的聚(甲基丙烯酸-CO-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化碳纳米管高倍透射电子显微镜照片；图2为实施例2中所制备的聚(乙烯基磷酸二甲酯-CO-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化碳纳米管高倍透射电子显微镜照片；图3为实施例3中所制备的聚(苯乙烯-CO- 二乙烯基苯)功能化碳纳米管高倍透射电子显微镜照片；图4为实施例4中所制备的聚(乙烯基咪唑-CO-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化碳纳米管高倍透射电子显微镜照片；图5为实施例5中所制备的聚(乙烯基吡啶-CO-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化碳纳米管高倍透射电子显微镜照片。【具体实施方式】 本专利技术的高分子功能化碳纳米管由高分子与碳纳米管共价连接构成，其中，高分子含量为30-95wt%。采用碳纳米管表面接枝高分子的制备方法制备得到，是将羟基化碳纳米管与3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯反应，分离纯化，再进一步在乙腈、功能单体、交联剂和引发剂偶氮二异丁腈中进行表面引发的聚合反应，修饰高分子层，从而获得高分子功能化碳纳米管。以实验室制备为例，描述制备一系列不同组成的高分子功能化的碳纳米管的制备方法，包括以下步骤:I)乙烯基修饰碳纳米管的制备:将Ig羟基化碳纳米管超声分散于50_200mL乙醇，加入0.5-2mL3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯，在60°C条件下搅拌24h。离心洗涤干燥得乙烯基修饰的碳纳米管。2)碳纳米管的高分子功能化:称取0.02-0.05g步骤I)制备的乙烯基修饰碳纳米管分散于40-120mL乙腈中，超声30min,加入0.2-0.8mL功能单体(甲基丙烯酸，或丙烯酸，或苯乙烯，或乙烯基磷酸二甲酯，或乙烯基咪唑，或乙烯基吡啶，或丙烯酰胺，或异丙基丙烯酰胺，或丙烯腈，或丙烯酸羟乙酯)，0.2-0.SmL交联剂(乙二醇二甲基丙烯酸酯，或二乙烯基苯，或N，N’ -亚甲基双丙烯酰胺，)，0.008-0.032g偶氮二异丁腈，用加热套加热至沸腾，反应时间40-120min，蒸出一定量溶剂，蒸出的溶剂体积与加入的乙腈体积之比为1:8-3:4，离心洗涤，在40°C真空烘箱干燥24h。以下通过实施例讲述本专利技术的详细内容，提供实施例是为了理解的方便，绝不是限制本专利技术。实施例1、聚(甲基丙烯酸-CO-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化碳纳米管的制备方法，包括以下步骤:I)乙烯基修饰碳纳米管的制备:将Ig羟基化碳纳米管超声分散于10mL乙醇,加入lmL3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯，在60°C条件下搅拌24h。离心洗涤干燥得乙烯基修饰的碳纳米管。2)碳纳米管的高分子功能化:称取0.04g步骤I)制备的乙烯基修饰碳纳米管分散于80mL乙腈中，超声30min,加入0.3mL甲基丙烯酸功能单体,0.3mL乙二醇二甲基丙烯酸酯交联剂，0.012g偶氮二异丁腈,用加热套加热至沸腾,反应时间80min,溶剂蒸出40mL,离心洗涤，在40°C真空烘箱干燥24h。所制备聚(甲基丙烯酸-CO-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化的碳纳米管中高分子含量74.1wt %，高分子层厚度为29nm。图1为实施例1中所制备的聚(甲基丙烯酸-Co-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化碳纳米管高倍透射电子显微镜照片。实施例2、聚(乙烯基磷酸二甲酯-CO-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化碳纳米管的制备方法，与实施例1的制备方法不同之处在于，步骤2)中，在乙腈中加入0.5mL乙烯基磷酸二甲酯功能单体，0.5mL乙二醇二甲基丙烯酸酯交联剂，0.02g偶氮二异丁腈离心洗涤后，在40°C真空烘箱干燥24h。所制备聚(乙烯基磷酸二甲酯-CO-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化的碳纳米管中高分子含量94.7wt%，高分子层厚度为32nm。图2为实施例2中所制备的聚(乙烯基磷酸二甲酯-Co-乙二醇二甲基丙烯酸酯)功能化碳纳米管高倍透射电子显微镜照片。 实施例3、聚(苯乙烯-CO-二乙烯基苯)功能化碳纳米管的制备方法,与实施例1的制备方法不同之处在于:步骤2)中，在乙腈中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子功能化碳纳米管，其特征在于，由高分子与碳纳米管共价连接构成，其中，高分子含量为30‑95wt％。

【技术特征摘要】
1.一种高分子功能化碳纳米管,其特征在于，由高分子与碳纳米管共价连接构成，其中，闻分子含量为30_95wt %。2.一种如权利要求1所述高分子功能化碳纳米管的制备方法，其特征在于，先将羟基化碳纳米管与3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯反应，分离纯化，获得乙烯基修饰的碳纳米管；然后，将乙烯基修饰的碳纳米管在乙腈、功能单体、交联剂和偶氮二异丁腈中沸腾状态下反应，进行表面引发的聚合反应，修饰高分子层，从而获得高分子功能化碳纳米管。3.根据权利要求2所述高分子功能化碳纳米管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I)制备乙烯基修饰碳纳米管:将一定量羟基化碳纳米管超声分散于无水乙醇，其中羟基化碳纳米管与乙醇的质量比为1:200-1:20，加入3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯，其中3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基-2-甲基-2-丙烯酸酯与乙醇的体积比为1:400-1:40，在60°C条件下搅拌24h，离心洗涤干燥得乙烯基修饰的...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜忠义，何光伟，赵静，李宗雨，吴洪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12