一種多層界面結(jié)構(gòu)的碳納米管的修飾方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及碳納米管改性領(lǐng)域，具體是一種多層界面結(jié)構(gòu)的碳納米管的修飾方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)性能、導(dǎo)電性以及化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，同時(shí)，碳納米還具有較好的柔韌性和良好的生物相容性，因而碳納米管成為聚合物基復(fù)合材料的理想填料。但是由于碳納米管比表面積大，表面能高，使得碳納米管在聚合物中分散性差、易團(tuán)聚，與聚合物基相容性差，因此在聚合物中添加碳納米管之前，一般都需要對碳納米管進(jìn)行修飾或者表面改性處理。
[0003]目前，針對碳納米管的改性處理方法，大多采用混酸處理，然后在碳納米管表面引入其他官能團(tuán)，酸處理法可以在碳納米管表面產(chǎn)生大量的羥基和羧基，方便引入其他官能團(tuán)，但這種方法容易損傷碳納米管原有的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，且存在酸液處理的問題；也有研究者采用偶聯(lián)劑或者表面活性劑單純改性，在一定程度上提高了碳納米管的分散性，但碳納米管與聚合物間的界面結(jié)合牢固性差，不能有效傳遞和分散外力，反而容易在碳納米管和聚合物結(jié)合處形成斷口，碳納米管與聚合物基的相容性問題未得到改善，因此找到一種既能提高碳納米管的分散性又能改善碳納米管與聚合物基的相容性的處理方法具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:如何同時(shí)改善碳納米管的分散性和相容性，從而使碳納米管在聚合物中更好發(fā)揮其優(yōu)異性能。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種多層界面結(jié)構(gòu)的碳納米管的修飾方法，按照如下的步驟進(jìn)行:
步驟一、用偶聯(lián)劑修飾碳納米管，首先將偶聯(lián)劑預(yù)水解，然后將碳納米管加入到預(yù)水解后的偶聯(lián)劑溶液中，超聲波分散成混合均勻的溶液，在30~80°C攪拌使反應(yīng)完全，烘干、研磨，獲得用偶聯(lián)劑修飾碳納米管；
步驟二、聚乳酸包覆碳納米管，將丙交酯與步驟一制備的用偶聯(lián)劑修飾碳納米管放入反應(yīng)溶劑中，加入催化劑，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，在90~180°C反應(yīng)完全，經(jīng)過離心分離、真空抽濾、無水乙醇洗滌、蒸餾水洗滌、干燥獲得聚乳酸包覆碳納米管。
[0006]作為一種優(yōu)選方式:步驟一中，偶聯(lián)劑為γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ -氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷、γ -巰丙基三甲氧基硅烷、γ -巰丙基三乙氧基硅烷中的任意一種，偶聯(lián)劑質(zhì)量為碳納米管質(zhì)量的0.5-5%,雖然在具體實(shí)施例中以Y-氨丙基三乙氧基硅烷為例進(jìn)行了說明，但是應(yīng)該明白所列的其它幾種偶聯(lián)劑都是可以使用的。
[0007]作為一種優(yōu)選方式:步驟一中，將偶聯(lián)劑預(yù)水解是指偶聯(lián)劑、無水乙醇、水三者按照質(zhì)量比偶聯(lián)劑:乙醇:水=3:6:1混合后，用鹽酸調(diào)整pH值為3~6，在20-50°C水浴溫度下，水解30-60分鐘。
[0008]作為一種優(yōu)選方式:步驟二中，反應(yīng)溶劑為二甲苯、二甲基酰胺、乙二醇中的任意一種，催化劑為辛酸亞錫，催化劑質(zhì)量為丙交酯質(zhì)量的0.1-5%,用偶聯(lián)劑修飾碳納米管的質(zhì)量為丙交酯質(zhì)量的1~30%。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明首先應(yīng)用偶聯(lián)劑對碳納米管進(jìn)行表面修飾得到碳納米管-偶聯(lián)劑復(fù)合物，然后丙交酯單體開環(huán)聚合形成聚乳酸包覆碳納米管，得到碳納米管-偶聯(lián)劑-聚乳酸核殼結(jié)構(gòu)，以核殼結(jié)構(gòu)對碳納米管單獨(dú)封裝，提高了碳納米管的分散性，外包聚乳酸外殼解決了碳納米管與聚乳酸的相容性問題；核殼結(jié)構(gòu)的多層化學(xué)鍵鏈接以及不同相的滲透，可以有效的過渡和傳遞外力，偶聯(lián)劑軟鏈段層具有一定的柔性、厚度及形變能力，核殼結(jié)構(gòu)的多級界面可以充分發(fā)揮碳納米管優(yōu)異的力學(xué)性能，從而大幅提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性。此制備方法簡單易行，改善效果明顯，改性后的碳納米管的分散性和相容性得到了顯著提高，拓展了碳納米管在聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0010]圖1、偶聯(lián)劑修飾前碳納米管形貌圖；
圖2、偶聯(lián)劑修飾后碳納米管形貌圖；
圖3、聚乳酸包覆碳納米管表面形貌圖；
圖4、納米管-偶聯(lián)劑-聚乳酸結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1
用偶聯(lián)劑修飾碳納米管
偶聯(lián)劑預(yù)水解:稱取0.1g的γ -氨丙基三乙氧基硅烷放入燒杯中，向燒杯中加入無水乙醇0.2g、去離子水0.05g，滴加鹽酸調(diào)節(jié)pH值為4，室溫下水解30min ；
取碳納米管2g，加入到預(yù)水解后的偶聯(lián)劑溶液中，65°C下超聲分散4h，成均勻的混合溶液；
超聲完成后，將燒杯置于鼓風(fēng)烘箱中，IlOtC，蒸發(fā)水分，直至徹底烘干；
取出，充分研磨，得到偶聯(lián)劑修飾后的碳納米管。
[0012]圖1是偶聯(lián)劑修飾前碳納米管形貌圖，顯示原始碳納米管團(tuán)聚嚴(yán)重、纏繞密實(shí)，分散效果差，圖2是偶聯(lián)劑修飾后碳納米管形貌圖，顯示偶聯(lián)劑修飾后的碳納米管變得疏松，碳納米管頭端清晰可見，說明偶聯(lián)劑修飾使得碳納米管的表面能降低，碳納米管之間不再緊密團(tuán)聚，提高了碳納米管的分散性。
[0013]聚乳酸包覆碳納米管
稱取丙交酯4g置于真空烘箱中，50°C干燥Sh ;
量取10mL 二甲基甲酰胺加入到三口燒瓶中，取干燥后的丙交酯加入三口燒瓶中，同時(shí)加入碳納米管0.2g，辛酸亞錫0.1g ;
連接帶有氣球的球形冷凝管，搭設(shè)好反應(yīng)裝置，將三口燒瓶連同球形冷凝管一起充氮趕氧3次，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)氛圍下，升溫至130°C，磁力攪拌12h ; 反應(yīng)完成后離心機(jī)上lOOOOr/min離心分離，隨后進(jìn)行真空抽濾，使用無水乙醇洗滌3次，蒸餾水洗滌兩次，濾餅在80°C真空干燥4h。
[0014]圖3所示，為聚乳酸包覆后的碳納米管形貌圖，碳納米管表面均勻的包覆上了聚乳酸。包覆聚乳酸后的碳納米管在應(yīng)用于聚乳酸基體中時(shí)，由于碳納米管表面包覆著與基體材料完全相同的外殼，可以明顯提尚碳納米管和聚乳酸基體的相容性。
[0015]實(shí)施例2
用偶聯(lián)劑修飾碳納米管
偶聯(lián)劑預(yù)水解:稱取0.15g的γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷放入燒杯中，向燒杯中加入無水乙醇0.3g、去離子水0.075g，滴加鹽酸調(diào)節(jié)pH值為4，室溫下水解30min ；
取碳納米管3g，加入到預(yù)水解后的偶聯(lián)劑溶液中，65°C下超聲分散4h，成均勻的混合溶液；
超聲完成后，將燒杯置于鼓風(fēng)烘箱中，IlOtC，蒸發(fā)水分，直至徹底烘干；
取出