[发明专利]一种羧基化多壁碳纳米管/聚酯中间体的制备方法

说明书

本发明涉及一种羧基化多壁碳纳米管/聚酯中间体的制备方法，依次包括以下步骤：羧基化多壁碳纳米管的制备，羧基化多壁碳纳米管的DMF溶液制备，羧基化多壁碳纳米管/聚酯中间体的合成，其特优点在于：本发明将多壁碳纳米管通过强质子酸和高锰酸钾在超声低温下氧化得到一定羧基数的功能化MWCNTs，溶解度高，分散好，团聚少；将N‑甲基二乙醇胺加入溶液中，然后超声，能够更大程度的阻碍CNTs的团聚；在中间体酯化过程中，带有羧基的CNTs能够均匀的接入分子链中，而不是物理的混合，使得MWCNTs/聚酯中间体内部以化学键形式结合在一起，为中间体的进一步使用做好了铺垫。

技术领域

本发明涉及一种羧基化多壁碳纳米管/聚酯中间体的制备方法。

背景技术

聚酯树脂是一种主要依靠羟基和羧基发生熔融聚合而生成的高分子聚合物，以羧基或者羟基封端，分为饱和和不饱和两大类；它们具有很好的户外耐久性、耐温性、安全无毒，生产过程安全环保，且易加工成型，作为一种材料被广泛应用于电子封装材料、粘结树脂、涂料涂装树脂以及其各个领域。但是由于其合成单体的缺陷和分子结构问题，导致其在某些领域机械性能较差、抗静电作用弱以及耐磨性差。

相比于石墨，碳纳米管中是一种一维材料，其中的碳原子采取Sp²杂化，相比Sp³杂化，Sp²杂化中S轨道成分比较大，使得碳纳米管具有高的模量和高强度。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将其他高分子聚合物和碳纳米管制成复合材料，可使得复合材料同时具备高分子材料的性能，同时又具有良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性。此外，碳纳米管和石墨一样，碳原子也是Sp²杂化结构，电子传输速率很快，单壁碳纳米管的电导率为铜的1万倍，由其合成的聚合物材料具有很好的电学性能，具有很好的抗静电性。CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，将其用于涂装材料，获得的漆膜将具有很好的散热性能，对于一些易发热电器是非常好的。碳纳米管由于较高的表面吉布斯自由能，分散开后容易团聚。

发明内容

本发明所要达到的目的就是提供一种羧基化多壁碳纳米管/聚酯中间体的制备方法，能有效的阻碍CNTs的团聚，提高羧基化多壁碳纳米管/聚酯的合成质量。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种羧基化多壁碳纳米管/聚酯中间体的制备方法，包括羧基化多壁碳纳米管、N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基二乙醇胺、二元酸、扩链剂和催化剂，所述羧基化多壁碳纳米管包括浓硫酸、碳纳米管、硝酸钾和高锰酸钾，所述制备方法依次包括以下步骤：

步骤一：羧基化多壁碳纳米管的制备：向烧杯中加入浓硫酸，将烧杯置于20～40℃的水浴中，在搅拌状态下依次缓慢加入碳纳米管和硝酸钾，待其完全溶解后，加入高锰酸钾，在20～22KHz频率下的超声波细胞粉碎机超声搅拌反应3～6h，将得到浑浊的混合物；将混合物倒入布氏漏斗中，真空抽滤，并用去离子水洗涤，反复抽滤洗涤直至ph达到7；

步骤二:羧基化多壁碳纳米管的DMF溶液制备：将步骤一过滤洗涤后的混合物倒入N，N-二甲基甲酰胺中，然后通过超声震荡1h；

步骤三：羧基化多壁碳纳米管/聚酯中间体的合成：将步骤二制备后的羧基化多壁碳纳米管的DMF溶液和N-甲基二乙醇胺混合搅拌20～40min，然后在超声波细胞粉碎机搅拌20～40min，然后将混合物倒入反应釜中搅拌，依次加入二元酸、扩链剂和催化剂；搅拌转速180～250rpm，并以1-2℃/min速率升温至250～255℃，恒温反应直至体系不再有挥发物出来，真空缩聚得到羧基化多壁碳纳米管/聚酯中间体。

优选的，所述浓硫酸、碳纳米管、硝酸钾、高锰酸钾的质量比为450：8～16：10：10～15。