一種提高碳納米管分散性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種提高碳納米管分散性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中提高碳納米管分散性的方法分為三步：（1)制備HAD-β-CD :首先將 5. Og 的 Mon〇-6_OTs-0 -CD(3. 8mmol)和 10. 0g(0. 17mol)的 HAD(1，6-己二胺）加入到具 有冷凝器裝置的圓底燒瓶中，然后在75°C攪拌下攪拌4h，冷卻混合液至室溫。然后向混 合液中加入300mL的丙酮得到沉淀，用IOml的水/甲醇（體積比=3:1)來溶解沉淀，并 將溶解液倒入到300mL的丙酮中，重復(fù)上面洗滌的操作幾次以除去未反應(yīng)的HAD，獲得的 HAD-β -CD放在50°C的烘箱中干燥72h即可；（2)碳納米管（MWCNTs)的酸化：用混合酸來處 理碳納米管（濃硫酸/濃硝酸（體積比3:1)使得碳納米管上引入大量的羥基和羧基；（3) 緊接著，取30mL的二氯亞砜SOCl2并將其放入圓底燒瓶中，在65°C下攪拌24h，然后減壓蒸 餾出去未反應(yīng)的二氯亞砜，緊接著向其中快速加入20mL的DMF和5g HAD-β -⑶，在60°C油 浴中不停地?cái)嚢璺磻?yīng)72h。用四氟乙烯薄膜來過濾反應(yīng)產(chǎn)物，濾餅用去離子水反復(fù)的超聲洗 滌，烘干得到MWCNTs- β -CD。
[0003] 通過上面現(xiàn)有技術(shù)方案可以看出：用環(huán)糊精來改性碳納米管的方法比較復(fù)雜，步 驟多。
[0004] 碳納米管極大的長(zhǎng)徑比，使其具有極高的楊氏模量、硬度和韌性、良好的導(dǎo)電性和 導(dǎo)熱性。但由于碳納米管自身的特殊結(jié)構(gòu)，使其相互纏繞在一起，導(dǎo)致碳納米管在溶劑、聚 合物集體中的分散不均勻，限制了其應(yīng)用的范圍；同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也表明碳納米管在溶劑中 的分散性也不夠理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種提高碳納米管分散性的方法，該方法利用環(huán)糊精來改性 碳納米管，是基于硅烷偶聯(lián)劑KH560將環(huán)糊精固載到碳納米管，具有固載方法簡(jiǎn)單、分散效 果顯著、產(chǎn)率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種提高碳納米管分散性的方法，該方法是先將環(huán)糊精和硅烷偶聯(lián)劑KH560進(jìn)行 反應(yīng)制得KH560/f3-CD;然后將碳納米管（MWCNTs)進(jìn)行酸化，使得碳納米管上引入大量的 羥基和羧基，得到酸化碳納米管；最后將KH560/β -CD和酸化碳納米管進(jìn)行反應(yīng)制得環(huán)糊 精改性碳納米管。
[0008] 上述方法具體包括下述步驟：
[0009] (1)制備改性環(huán)糊精：將環(huán)糊精溶解于DMF中，所述環(huán)糊精與DMF的質(zhì)量比為1 :6， 同時(shí)加入硅烷偶聯(lián)劑KH560和氫氧化鈉并進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)，在50-60°C下攪拌反應(yīng)46-50h ;然 后將反應(yīng)混合液冷卻到室溫，然后加入60-100mL丙酮出現(xiàn)白色沉淀，分離出沉淀并用大量 的丙酮洗滌，干燥得到改性環(huán)糊精產(chǎn)物即KH560/β -CD ;
[0010] (2)碳納米管（MWCNTs)的酸化：取碳納米管于容器中，然后向容器中加入混合酸， 用混合酸來處理碳納米管，先超聲分散〇. 8-1. 5h，再將其移入反應(yīng)容器中，在38°C -45°c下 連續(xù)攪拌ll_13h，然后用大量去離子水稀釋，抽濾，然后用0. 08-0. 12mol/L氫氧化鈉溶液 將酸化碳納米管洗至中性，再在75°C _85°C下烘干得到具有大量的羥基和羧基的酸化碳納 米管；
[0011] (3)取ΚΗ560/β-CD溶解于去離子水中，用冰乙酸來調(diào)節(jié)pH值為4. 5-6. 5,并連續(xù) 攪拌2-2. 5h使其充分水解，然后向水解液中加入酸化碳納米管并超聲分散0. 8-1. 5h，然后 回流反應(yīng)14-18h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫并用大量去離子水洗滌濾餅，烘干得到環(huán)糊精改 性碳納米管。
[0012] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中環(huán)糊精和硅烷偶聯(lián)劑KH560的摩爾比為5-7:0. 9-1. 1。
[0013] 進(jìn)一步的，所述步驟（2)中混合酸為濃硫酸和濃硝酸以體積比為2-4:0. 5-1. 5混 合而成。
[0014] 進(jìn)一步的，所述步驟⑶中KH560/ β -⑶和酸化碳納米管的重量比為 9-11:0. 9-1. 1〇
[0015] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0016] (1)本發(fā)明利用環(huán)糊精來改性碳納米管，是基于硅烷偶聯(lián)劑ΚΗ560將環(huán)糊精固載 到碳納米管，由于環(huán)糊精的內(nèi)腔和外邊緣具有大量的羥基，通過化學(xué)方法將環(huán)糊精固載在 碳納米管上顯著地的提高了碳納米管在某些極性溶劑（乙醇和水）中的分散性；
[0017] (2)再者，由于環(huán)糊精具有特殊的性質(zhì)"外親水，內(nèi)疏水"以及較好的生物兼容性， 使得環(huán)糊精改性的碳納米管雜化材料不僅能在溶劑中取得很良好的分散性，而且也提供了 一種用于生物醫(yī)藥和水處理的理想材料；
[0018] (3)本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單地的化學(xué)方法將環(huán)糊精固載到碳納米管上提高其在溶 劑中的分散性。通過本發(fā)明的方法將環(huán)糊精固載到碳納米管上，在進(jìn)行分散性實(shí)驗(yàn)的研宄 中發(fā)現(xiàn)，改性后的碳納米管在水中和乙醇中的分散性很好，碳納米管能夠在乙醇和水中均 勻分散并保存長(zhǎng)達(dá)2個(gè)月的時(shí)間，本發(fā)明的方法具有固載方法簡(jiǎn)單、分散效果顯著。
[0019] (4)在市面上ΚΗ560的價(jià)格為75元/500ml，環(huán)糊精15元/250g，并且最終產(chǎn)物 (環(huán)糊精改性碳納米管）的產(chǎn)率為85%，所以本發(fā)明的方法還具有產(chǎn)率高、成本低的優(yōu)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 一、制備實(shí)施例：
[0021] 制備實(shí)施例1 :
[0022] 一種提高碳納米管分散性的方法，該方法是先將環(huán)糊精和硅烷偶聯(lián)劑KH560進(jìn)行 反應(yīng)制得ΚΗ560/β-CD;然后將碳納米管（MWCNTs)進(jìn)行酸化，使得碳納米管上引入大量的 羥基和羧基，得到酸化碳納米管；最后將KH560/β -CD和酸化碳納米管進(jìn)行反應(yīng)制得環(huán)糊 精改性碳納米管。
[0023] 上述方法具體包括下述步驟：
[0024] (1)制備改性環(huán)糊精：將0· 06mol環(huán)糊精溶解于50mLDMF中，同時(shí)加入0· Olmol硅 烷偶聯(lián)劑KH560和氫氧化鈉并進(jìn)行氮?dú)獗Ｗo(hù)，在55 °C下攪拌反應(yīng)48h ;然后將反應(yīng)混合液冷 卻到室溫，然后加入65mL丙酮出現(xiàn)白色沉淀，分離出沉淀并用大量的丙酮洗滌，干燥得到 改性環(huán)糊精產(chǎn)物即KH560/ β -CD9. 6g ;
[0025] (2)碳納米管（MWCNTs)的酸化：取2. Og碳納米管于容器中，然后向容器中加入 100mL混合酸，所述混合酸為濃硫酸和濃硝酸以體積比為3:1混合，用混合酸來處理碳納米 管，先超聲分散I. 〇h，再將其移入反應(yīng)容器中，在40°C下連續(xù)攪拌12h，然后用大量去離子 水稀釋，抽濾，然后用〇. lmol/L氫氧化鈉溶液將酸化碳納米管洗至中性，再在80°C下烘干 得到具有大量的羥基和羧基的酸化碳納米管I. 8g ;
[0026] (3)取9.(^腿560/|3-〇)溶解于4〇1^去離子水中，用冰乙酸來調(diào)節(jié)？!1值為5.5，并 連續(xù)攪拌2. Oh使其充分水解，然后向水解液中加入0. 95g酸化碳納米管并超聲分散I. 0h， 然后回流反應(yīng)16h，反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫并用大量去離子水洗滌濾餅，烘