[发明专利]聚硅氧烷改性碳纳米管的方法及其应用

说明书

本发明公开了一种聚硅氧烷改性碳纳米管的方法及其应用，在N'N‑羰基二咪唑的作用下，先将氨基硅烷偶联剂以酰胺键修饰在羧基化碳纳米管的表面，离心与洗涤之后得到氨基硅烷偶联剂修饰的碳纳米管。而后在有机锡催化剂的催化下，将羟基封端聚硅氧烷接枝在氨基硅烷偶联剂修饰的碳纳米管上面，经离心与洗涤之后得到聚硅氧烷改性的碳纳米管。本发明得到的聚硅氧烷改性碳纳米管在多种有机溶剂中分散良好，同时具有新的功能，如热稳定性、化学稳定性等，具有广阔的应用价值。

技术领域

本发明属于纳米技术领域，更加具体地说，涉及到一种聚硅氧烷改性碳纳米管的方法。

背景技术

碳纳米管自1991年被发现以来，以其优异的电学、力学、热学性质，迅速成为世界范围内的研究热点。然而，尽管碳纳米管自身性能优越，但是实际应用时存在两个亟待解决的问题：一方面，碳纳米管具有极高的长径比和较大的表面能，同时在管与管之间的范德华力的作用下，极易发生团聚，无法在溶液和高分子基体中实现均匀分散；另一方面，碳纳米管表面非常光滑，几乎没有任何的悬挂键，呈现表面惰性，因而与基体的界面相互作用非常差。这两方面的问题导致将未处理的碳纳米管直接加入聚合物基体中得到的复合材料的性能往往无法达到预期要求。

这种情况下，碳纳米管的表面功能化修饰便体现出明显的优势。通过化学键及各种物理相互作用在碳纳米管表面修饰有机物分子，一方面可以降低碳纳米管之间的范德华力，抑制碳纳米管的团聚，提高分散性；另一方面，有机物分子链的存在可以有效的改善碳纳米管与基体之间的界面相互作用，有利于碳纳米管增强作用的发挥。一般来说，碳纳米管的表面功能化修饰分为非共价修饰和共价修饰，而共价修饰以其修饰物与碳纳米管之间相互作用强、修饰物可设计性佳等的优点而成为当前最广泛的功能化方法。国内外研究者采用硅烷偶联剂、卟啉、十八胺、聚乙二醇、聚氨酯等各种小分子或聚合物对碳纳米管进行共价修饰，可以使碳纳米管在水或有机溶剂中的分散性得到有效改善。聚硅氧烷为重复的硅氧键为主链、侧基为有机基团的聚合物，具有可溶性良好、热及化学稳定性高等的优点，且其末端可以根据需要设计为羟基、烷烃基、乙烯基等，具有多种反应活性，适用于多种聚合物基体。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种聚硅氧烷改性碳纳米管的方法，可以有效改善碳纳米管在有机溶剂及聚合物中的分散性，并增强碳纳米管与基体的界面相互作用。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

聚硅氧烷改性碳纳米管的方法，按照下述步骤进行：

步骤1，按质量比，将1份的羧基化碳纳米管(CNTs-COOH)超声分散在干燥的极性非质子溶剂中，加入0.1～0.5份的N'N-羰基二咪唑，保持通入干燥的惰性气体，40℃～80℃下搅拌反应3～6h；之后滴加5～20份的氨基硅烷偶联剂，在40℃～80℃下搅拌反应8～24h，得到氨基硅烷偶联剂修饰的碳纳米管；

在步骤1中，所述羧基化碳纳米管为羧基化单壁碳纳米管、羧基化双壁碳纳米管或羧基化多壁碳纳米管，其表面羧基由浓硝酸、浓硝酸/浓硫酸混酸、酸性高锰酸钾溶液等强氧化剂氧化产生，优选为羧基化多壁碳纳米管，可由本领域技术人员根据现有技术常规制得，如参考《“氧化处理方法与多壁碳纳米管表面羧基含量的关系”，新型炭材料，第269-272页，第21卷第3期，2006年9月》。

在步骤1中，极性非质子溶剂为极性有机溶剂，且不含有活波氢原子(质子，如乙醇中羟基的氢原子)，如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃，优选为N,N-二甲基甲酰胺。

在步骤1中，氨基硅烷偶联剂为含有氨烃基和硅酯基的硅烷偶联剂，包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷，优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷。

在步骤1中，惰性气体为氮气、氦气或者氩气。