CN101607224A - 一种提高机械研磨截断碳纳米管效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高机械研磨截断碳纳米管效率的方法，在机械研磨法截断碳纳米管的过程中，添加有机表面改性剂使碳纳米管表面附着一层有机物，在降低碳纳米管表面自由能的同时，通过碳纳米管表面附着有机物同种电荷相互排斥或位阻效应，降低碳纳米管聚集成团的机率，从而提高截断效率，减少能源消耗。有机表改性剂为润湿分散剂，硅、钛、铝、锆、硼等元素的有机化合物中的一种或几种的混合物，添加量为碳纳米管质量的0.1％至100％。

Description

一种提高机械研磨截断碳纳米管效率的方法

技术领域

本发明涉及一种提高截断碳纳米管效率的方法，特别涉及提高利用机械研磨截断碳纳米管的工作效率，降低能耗的方法。

背景技术

碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有许多特殊的力学、电学和化学性能，有望在纳米器件、场发射显示器、储能材料、生物分子载体、导电涂料、吸波涂料(隐身材料)等领域得到应用。碳纳米管径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，极易因范德华力等因素相互缠绕聚集成团，很难与其它材料混合均匀，从而限制了在上述领域中的应用，必须将其截断。截断碳纳米管的方法有很多，如氧化酸处理、超声处理、热分解、机械研磨等。对于而言，机械研磨是成本最低、最具操作性好的一种方法。专利CN101293647A将橡胶与碳纳米管放在混炼设备上进行混炼，在强剪切作用使碳纳米管截短，然后在适当的溶剂或者在惰性气体氛下加热将橡胶除去，得到截短的碳纳米管。专利CN1696053A将碳纳米管加到一定粘度的聚合物熔体中，然后在具有线接触研磨特征的研磨装置中使碳纳米管均匀分散到聚合物中，在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力等作用下将碳纳米管截断，去掉所用聚合物即可得到截短的碳纳米管。

粉体在超细粉碎过程中，由于冲击、摩擦及粒径的减小，微粉的表面积累了大量的正电荷或负电荷，这些带电粒子极不稳定，为了趋于稳定，它们相互吸引，使颗粒产生团聚，在这一过程中主要作用力是静电库仑力。其次，在粉碎过程中，粉体吸收了大量的机械能和热能，因而使微粉表面具有相当高的表面能，这些微粉为了降低表面能，趋于稳定状态，会通过相互聚集靠拢而达到稳定状态，因此产生团聚现象。当粉体超细化到一定粒径以下时，颗粒间的距离极短，颗粒之间的范德华引力远远大于颗粒自身的重力，微粉颗粒也会相互吸引而产生团聚，解决微粉团聚问题最有效的方法是对其表面进行改性处理。机械研磨法截短碳纳米管的过程中，同样会因表面积累的同种电荷及高的表面能而聚集成团，降低了截短碳纳米管的效率。

发明内容

本发明目的是提出一种提高机械研磨截断碳纳米管效率的方法，本发明的根本目在于，通过在机械研磨过程中添加有机表改性剂，使碳纳米管表面附着一层有机物，在降低碳纳米管表面自由能的同时，通过碳纳米管表面附着有机物同种电荷相互排斥或位阻效应，降低碳纳米管聚集成团的机率，从而提高截断效率，降低能能耗。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的，在机械研磨碳纳米管前加入，或在研磨过程中加入，或研磨前加入部分研磨过程中再加入部分有机表改性剂，在碳纳米管表面附着一层有机物，降低碳纳米管表面自由能的同时，通过碳纳米管表面附着有机物同种电荷相互排斥或位阻效应，降低碳纳米管聚集成团的机率，从而提高截断效率，降低能能耗。

所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管等；有机研磨介质为高分子聚合物、橡胶中的一种或几种混合物，极端情况下可不含有机研磨介质，研磨截设备为点接触或线接触的研磨设备。

所述有机表改性剂为季铵盐、具有颜料亲合基团的共聚物溶液等润湿分散剂及硅、钛、铝、锆、硼等元素的有机化合物中的一种或几种的混合物。

所述硅、钛、铝、锆、硼元素的有机化合物，有机硅化合物为含氨乙基、氨丙基、乙烯基、氯丙基、巯丙基等有机官能团的硅烷偶联剂，有机钛化合物为包括单烷氧基、螯合型、配位型的钛酸酯偶联剂，有机铝化合物为铝酸酯偶联剂，有机锆化合物为锆酸酯偶联剂，有机硼化合物为硼酸酯偶联剂。

所述有机改性剂可在研磨前加入，在研磨过程中加入，研磨前加入部分研磨过程中再加入部分，添加量为碳纳米管质量的0.1％至100％。

机械研磨截断碳纳米管效率的提高可以通过研磨实验进行鉴定，在同等条件下进行机械研磨实验，对比研磨后，有机溶剂溶解物不可过滤残余物的重量，考核碳纳米管的截断效果。

具体实施方式

下面结合具休实施事例，进一步阐述本发明。应理解为，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做出的各种改动或修改，这些等价形式仍属于本发明申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将20克多壁碳纳米管与80克上海树脂厂E51环氧，外加5克上海长风化工厂DA-168碳黑分散剂混合均匀，放至S65三辊研磨机上反复研磨20分钟，用200毫升二甲苯溶解并用800目铜丝布过滤，滤饼用二甲苯清洗三次，取出滤饼并烘干称重。与同等工艺条件下未加DA-168碳黑分散剂研磨物相比，前者滤饼重量仅为后者的10％。

实施例2

将20克单壁碳纳米管与80克上海树脂厂E51环氧，外加5克上海长风化工厂DA-168碳黑分散剂混合均匀，放至S65三辊研磨机上反复研磨20分钟，用200毫升二甲苯溶解并用800目铜丝布过滤，滤饼用二甲苯清洗三次，取出滤饼并烘干称重。与同等工艺条件下未加DA-168碳黑分散剂研磨物相比，前者滤饼重量仅为后者的15％。

Claims (9)

1.一种提高机械研磨截断碳纳米管效率的方法，其特征在于机械研磨法截断碳纳米管的过程中，添加有机表改性剂可提高截断效率，减少能源消耗。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管等。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述机械研磨截断碳纳米管，所用有机研磨介质为高分子聚合物、橡胶中的一种或几种混合物，极端情况下可不含有机研磨介质。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是所述机械研磨截断碳纳米管，所用设备为点接触或线接触的研磨设备。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是所述机械研磨截断碳纳米管，所用有机表改性剂为润湿分散剂，硅、钛、铝、锆、硼等元素的有机化合物中的一种或几种的混合物。

6.如权利要求5所述的方法，其特征是所述润湿分散剂为季铵盐、具有颜料亲合基团的共聚物溶液的一种或几种。

7.如权利要求5所述的方法，其特征是所述硅、钛、铝、锆、硼元素的有机化合物，有机硅化合物为含氨乙基、氨丙基、乙烯基、氯丙基、巯丙基等有机官能团的硅烷偶联剂，有机钛化合物为包括单烷氧基、螫合型、配位型的钛酸酯偶联剂，有机铝化合物为铝酸酯偶联剂，有机锆化合物为锆酸酯偶联剂，有机硼化合物为硼酸酯偶联剂。

8.如权利要求1所述的方法，其特征是所述有机改性剂添加量为碳纳米管质量的0.1％至100％。

9.如权利要求1所述的方法，其特征是所述机有机表改性剂可在研磨前加入，在研磨过程中加入，研磨前加入部分研磨过程中再剩余加入部分。