專(zhuān)利名稱(chēng)：一種聚合物碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于碳納米管表面處理及碳納米管/聚合物復(fù)合材料制備技術(shù)領(lǐng)域， 具體涉及一種在聚合物基體及溶劑中具有良好分散性的聚合物碳納米管復(fù)合結(jié) 構(gòu)及其制備方法。
背景技術(shù)：
碳納米管具有超強(qiáng)的力學(xué)性能、極大的長(zhǎng)徑比、良好的電學(xué)性能、很高的化 學(xué)和熱穩(wěn)定性等，在納米器件、微電子、結(jié)構(gòu)和功能復(fù)合材料等領(lǐng)域有著重要的 應(yīng)用前景。但由于其極小的尺寸，碳管束的剝離、在基體相中的良好分散以及界 面結(jié)合是制備納米碳管復(fù)合材料的瓶頸所在。因此，功能化碳納米管的可控修飾 方法以及功能化單元對(duì)保證碳納米管在聚合物中的良好分散和界面結(jié)合性能具 有重要的應(yīng)用價(jià)值。
目前碳納米管的功能化研究方向主要有化學(xué)改性和物理改性?xún)煞N?；瘜W(xué)改性 方法是將功能化基團(tuán)直接鍵接到碳管表面或是碳管表面的缺陷位置，也可通過(guò)原 位聚合反應(yīng)在納米碳管的表面包裹一層聚合物膜，化學(xué)改性法在一定程度上破壞 了碳管的結(jié)構(gòu)，是以削弱碳管的力學(xué)和電學(xué)性能為代價(jià)的。物理改性方法則是采 用表面活性劑、齊聚物和聚合物等對(duì)碳納米管進(jìn)行物理吸附改性，以增強(qiáng)其可溶 性，但由于非共價(jià)鍵作用力較弱，其產(chǎn)物往往不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的聚合物碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，經(jīng)處理后所述聚 合物以半結(jié)晶形式均勻分散于所述碳納米管中，能很大程度地提高碳納米管在聚 合物基體以及溶劑中的分散性，在保持碳納米管原有的力學(xué)和電學(xué)性能的前提下 具有很好的穩(wěn)定性。所述聚合物的片晶從單根碳納米管表面垂直外延生長(zhǎng)而出， 且在碳納米管上按一定周期排布，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于聚合物在剪切場(chǎng)下形成的串晶結(jié)構(gòu)(shish-kebab晶)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種使用聚合物與碳納米管制備上述復(fù)合結(jié)構(gòu)的 方法，該方法包括如下步驟和條件-
(1) 將碳納米管按0.01 0. 1 wt°/。的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入到有機(jī)溶劑中，超聲分 散1 4小時(shí)，得到碳納米管懸浮液滴；
(2) 將聚合物按0.01 10 wt鬼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入到與步驟1)相同的有機(jī)溶 劑中，升溫到聚合物熔點(diǎn)，待聚合物溶解得到聚合物溶液；
(3) 將碳納米管懸浮液滴加到聚合物溶液中得到混合溶液，恒溫10分鐘；
將上述混合溶液緩慢降溫至室溫，過(guò)濾得到產(chǎn)物。
上述方法中步驟l)所述的碳納米管為單壁碳納米管或者多壁碳納米管；步 驟1)、 2)所述的有機(jī)溶劑為鄰二氯苯、環(huán)己烷、對(duì)二甲苯、二甲基亞砜中的一 種；步驟2)所述的聚合物為聚乙烯、聚乙烯醇、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯、尼龍 6，6等結(jié)晶聚合物。


圖1是聚乙烯/單壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的SEM分析圖譜； 圖2是靜置3個(gè)月后未處理的單壁碳納米管與聚乙烯/單壁碳納米管復(fù)合結(jié) 構(gòu)在對(duì)二甲苯中的分散對(duì)比圖3是聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/多壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)TEM分析圖譜； 圖4是聚丙烯/多壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)服-TEM分析圖譜。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述。有必要在此指出的是以下實(shí)施例只 用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的專(zhuān)
業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容作出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
實(shí)施例 1
稱(chēng)取lmg單壁碳納米管加入到裝有3ml鄰二氯苯的試管中，超聲處理3h;同時(shí)稱(chēng)取2mg高密度聚乙烯加入到裝有10ml鄰二氯苯的試管中，置于溫度設(shè)定 為14(TC的恒溫油浴中溶解；將超聲處理后的單壁碳納米管懸浮液加入到聚乙烯 溶液中，在14(TC下恒溫10min;取出混合溶液，讓其自然降溫至室溫；過(guò)濾干 燥即獲得固體產(chǎn)物。聚乙烯/單壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)SEM分析圖譜如圖l所示。
從圖1可看出聚乙烯片晶在單壁碳納米管表面形成周期排布，完全包裹碳 納米管，并且碳納米管彼此分離。
聚乙烯/單壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)在對(duì)二甲苯中分散，靜置3個(gè)月后的分散對(duì)
比圖如圖2所示，其中左側(cè)為未處理的單壁碳納米管；右側(cè)為聚乙烯/單壁碳納 米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的分散；從圖2可以看出在對(duì)二甲苯中靜置3個(gè)月后，聚乙烯/ 單壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)仍保持很好的分散性，而未處理的單壁碳納米管則分散性 很差。
實(shí)施例2
稱(chēng)取lmg多壁碳納米管加入到裝有3ml 二甲亞砜的試管中，超聲處理3h; 同時(shí)稱(chēng)取2mg聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯加入到裝有10ml 二甲亞砜的試管中，置于 溫度設(shè)定為24(TC的恒溫油浴中溶解；將超聲處理后的多壁碳納米管懸浮液加入 到聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯溶液中，在24(TC下恒溫10min;取出混合溶液，讓其 自然降溫至室溫；過(guò)濾干燥即獲得固體產(chǎn)物。
聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯/多壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)TEM分析圖譜如圖3所示， 從圖3可以看出多壁碳納米管表面包裹一層聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，其在二甲 苯中同樣具有很好的分散性。
實(shí)施例3
稱(chēng)取lmg多壁碳納米管加入到裝有3ml鄰二氯苯的試管中，超聲處理3h;同 時(shí)稱(chēng)取2mg聚丙烯加入到裝有10ml鄰二氯苯的試管中，置于溫度設(shè)定為180°C 的恒溫油浴中溶解；將超聲處理后的多壁碳納米管懸浮液加入到聚丙烯溶液中， 在18(TC下恒溫10min;取出混合溶液，讓其自然降溫至室溫；過(guò)濾干燥即獲得 固體產(chǎn)物。
聚丙烯/多壁碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)冊(cè)-TEM分析圖譜如圖4所示，從圖4可以看 出多壁碳納米管表面包裹一層聚丙烯，其在對(duì)二甲苯中具有很好的分散性。
權(quán)利要求
1、一種聚合物碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述聚合物的片晶從單根碳納米管表面垂直外延生長(zhǎng)而出，且在所述碳納米管上按一定周期排布；所述復(fù)合結(jié)構(gòu)類(lèi)似于一般聚合物在剪切場(chǎng)下形成的串晶結(jié)構(gòu)。
2、 一種如權(quán)利要求1所述的聚合物碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于， 包括如下步驟(1) 將碳納米管按0. 01 0. 1 Wt%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入到有機(jī)溶劑中，超聲分散l 4小時(shí)，形成碳納米管懸浮液；(2) 將聚合物按o.oi io wty。的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入到與步驟(i)相同的有機(jī)溶劑中，升溫使所述聚合物溶解得到聚合物溶液；(3) 將所述碳納米管懸浮液滴加到所述聚合物溶液中形成混合溶液，并在步驟 (2)所處溫度恒溫IO分鐘；(4) 將所述混合溶液緩慢降溫至室溫，過(guò)濾得到所述聚合物碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟l)所述的碳納米管為單壁 碳納米管或者多壁碳納米管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為鄰二氯苯、環(huán) 己烷、對(duì)二甲苯及二甲基亞砜中的一種。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟2)所述的聚合物為聚乙烯、 聚乙烯醇、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯或尼龍6, 6的結(jié)晶聚合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種聚合物碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)及其制備方法，該結(jié)構(gòu)類(lèi)似聚合物剪切場(chǎng)下形成的shish-kebab晶，制備方法為將碳納米管按0.01～0.1wt％的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入到有機(jī)溶劑中超聲分散形成碳納米管懸浮液；將聚合物按0.01～10wt％的質(zhì)量分?jǐn)?shù)加入到有機(jī)溶劑中并升溫使所述聚合物溶解得到聚合物溶液；將所述碳納米管懸浮液滴加到所述聚合物溶液中形成混合溶液，并恒溫10分鐘；將所述混合溶液緩慢降溫至室溫，過(guò)濾得到所述聚合物碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明能提高碳納米管在聚合物基體以及溶劑中的分散性，從而使碳納米管容易進(jìn)一步加工處理。此外本發(fā)明還可用于其他納米管、納米線(xiàn)的改性，如無(wú)機(jī)TiO₂納米管、PET纖維等。
文檔編號(hào)C08L101/00GK101531822SQ200910044930
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2009年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月6日
發(fā)明者玲 張, 李春忠, 濤 陶 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)