CN103059343A - 一种改性碳纳米管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改性碳纳米管及其制备方法。将聚苯胺溶解于二甲基亚砜中，滴加含环氧基的三烷氧基硅烷和盐酸，得到有机硅改性的聚苯胺；再将其溶解于二甲基亚砜中，加入去离子水和盐酸，反应结束后得到多支链聚苯胺；将碳纳米管与多支链聚苯胺加入到二甲基亚砜中，在甲醇中沉淀，经抽滤、洗涤，得到改性碳纳米管，其表面包覆多支链聚苯胺的导电层，通过调节包覆层的含量可实现碳纳米管的电导率的控制，从而对提供兼具高介电常数和低介电损耗等功能的导电、介电材料的制备及实现性能调控成为了可能。由于聚硅氧烷含有环氧、羟基等活性基团，为改性碳纳米管与树脂的复合提供了基础。它还具有制备方法适用性广、操作工艺简单的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性碳纳米管及其制备方法。
背景技术
碳纳米管凭借其轻质、高强和优异的电学特性，自发现之日起就引起了全世界科学家的广泛关注。目前，人们把碳纳米管作为导电体加入到聚合物中制备出高性能的导电或介电材料。大量研究表明，碳纳米管所具有优异的导电性来源于其本身完美的网络结构，而碳纳米管/聚合物复合材料的导电性能和介电性能则不仅取决于碳纳米管的性能，还取决于碳纳米管在聚合物中的良好分散及与聚合物的良好界面作用力。因此，碳纳米管的改性是碳纳米管及其相关材料实现应用的前提。
目前，能有效改善碳纳米管分散性的方法之一是在碳纳米管外形成包覆层。文献（Yingkui Yang,Xiaolin Xie,Jingao Wu,Zhifang Yang,Xiaotao Wang,Yiu-Wing Mai.Macromol.Rapid Commun;2006;27;1695–1701.）报道了超支化聚氨酯功能化的碳纳米管，制备的功能化碳纳米管能良好的分散在极性溶剂中。但是，该制备方法所得的碳纳米管会经过多步化学、高温长时间处理，大大损伤了碳纳米管的的表面结构，不利于保持碳纳米管原有的性能优势。
文献（Milena Ginic-Markovic,Janis G.Matisons,Raoul Cervini,George P.Simon,Peter M.Fredericks.Chem.Mater;2006;18;6258-6265.）报道了由超声引发的乳液聚合制备聚苯胺包覆的碳纳米管，产物保持了碳纳米管的优良导电性。但是该方法在空气中于高温（590℃）下处理碳纳米管3个小时，如此处理条件势必破坏碳管结构，因此不利于保持碳纳米管原有的性能优势。此外，改性碳纳米管没有活性基团，且热分解温度降低（在240℃就有明显的失重）。
文献（Cheng Yang,Yuanhua Lin,C.W.Nan.CARBON;47;2009;1096–1101）采用反相微乳液聚合法在碳纳米管外围包覆导电聚吡咯。尽管大量聚吡咯的包覆有利于克服碳纳米管易团聚这一难题，但包覆层较厚，不利于碳纳米管自身电学性能的发挥；同时改性碳纳米管缺少可与聚合物基体反应的活性基团，难以保障改性碳纳米管在基体中的均匀稳定分散及获得良好的界面作用力。
由上述现有技术可以看到，目前的改性碳纳米管制备技术虽然达到了某方面改性的目的，却不可避免地显著损伤碳管完美的石墨结构，导致其优异性能的降低。因此，研制新型的改性碳纳米管及其制备方法具有重要的意义和应用价值。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种在保持碳纳米管高导电率的基础上，同时达到防止碳纳米管团聚和赋予其具有反应性活性基团的改性碳纳米管，且制备方法简单易行、适于大规模应用。
实现本发明目的的技术方案是提供一种改性碳纳米管的制备方法，包括如下步骤：
1、在N2保护和搅拌下，按质量比，将10份聚苯胺溶解于500～1000份二甲基亚砜中，逐滴加入1～3份含环氧基的三烷氧基硅烷和0.05～0.1份盐酸，在20～50℃条件下反应5～72小时，反应结束后洗涤、抽滤，得到有机硅改性的聚苯胺；再将10份有机硅改性的聚苯胺溶解于500～1000份二甲基亚砜中，逐滴加入10～15份水和0.05～0.1份盐酸，在20～50℃条件下搅拌反应10～72小时，反应结束后洗涤、抽滤，即得到多支链聚苯胺；
2、按质量比，将0.5份碳纳米管与0.013～0.5份多支链聚苯胺加入到15～25份二甲基亚砜中，搅拌并超声处理20～40min得到反应产物；将反应产物加入40～50份甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，得到改性碳纳米管。
本发明所述的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，或其组合。所述的含环氧基的三烷氧基硅烷为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷烷基)乙基三乙氧基硅烷，或它们的任意组合。所述的聚苯胺为苯胺类单体的聚合物，可以为苯胺、邻甲苯胺、间氨基苯磺酸、2,3-二甲基苯胺、间甲苯胺、邻氨基苯磺酸、邻氨基苯甲酸、间氨基苯甲酸的均聚物，或它们任意组合的共聚物。
本发明技术方案还包括一种按上述制备方法得到的改性碳纳米管。
与现有技术相比，本发明所取得的有益效果是：
1、本发明在碳纳米管表面包覆多支链聚苯胺，多支链聚苯胺的支链依靠所含有的大量苯环、醌环结构与碳纳米管表面形成大π体系，通过π-π作用而吸附在碳纳米管上，从而破坏了碳纳米管自身团聚力，达到分散碳纳米管的目的。
2、本发明合成的多支链聚苯胺含有多条聚苯胺链，而非单一线型聚合物链，确保了在较少的加入量下就可实现对碳纳米管的良好分散。
3、多支链聚苯胺的支链为经酸掺杂的聚苯胺，具有较高的电导率。因此，确保碳纳米管具有高的电导率，为制备导电材料、高介电常数材料等功能材料提供了性能保障。
4、聚硅氧烷结构赋予多支链聚苯胺大量的羟基，为改性碳纳米管在聚合物中获得良好的分散性及良好的化学界面作用力提供了有力支撑。
5、本发明所制备的多支链聚苯胺集成了聚硅氧烷的突出耐热性，因此具有优于未改性的聚苯胺的耐热性。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的红外谱图；
图2是本发明实施例1制备的聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的紫外-可见光谱；
图3是本发明实施例1制备的聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的1H-NMR（核磁共振）谱图；
图4是本发明实施例1制备的聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的扫描电子显微镜照片；
图5是本发明实施例1制备的聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的X射线衍射谱图；
图6是本发明实施例1制备的聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的电导率曲线；
图7是本发明实施例1制备的聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的热失重曲线；
图8是本发明提供的多支链聚苯胺的结构示意图；
图9是本发明实施例1～4制备的改性碳纳米管、碳纳米管的X射线衍射谱图；
图10是本发明实施例1～4制备的改性碳纳米管、碳纳米管的拉曼谱图；
图11是本发明实施例3和4制备的改性碳纳米管、碳纳米管在10Hz频率下交流电导率柱状图；
图12是实施例4提供的比较例1和比较例2所制备的复合材料的介电常数随频率变化的曲线图；
图13是实施例4提供的比较例1和比较例2所制备的复合材料的介电损耗随频率变化的曲线图；
图14是本发明实施例6和7制备的改性碳纳米管的扫面电子显微镜图。
具体实施方式
下面结合附图、实施例和比较例，对本发明技术方案作进一步的描述。
实施例1
1、多支链聚苯胺的制备
分别将0.9g苯胺、1.1g邻甲苯胺和1.7g间氨基苯磺酸混合，向混合物中加入150mL盐酸溶液(0.2mol/L)；在N2保护和0～5℃条件下，机械搅拌30min。随后逐滴加入100mL过硫酸铵(0.3mol/L)溶液，并剧烈搅拌。滴加完毕后，保温5小时直至反应结束，分别用稀盐酸溶液、丙酮、去离子水洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到聚苯胺，特性粘度0.43dL/g。其红外谱图、紫外-可见光谱图、1H核磁共振谱图、扫描电子显微镜、X射线衍射谱、电导率曲线和热失重曲线分别如附图1、2、3、4、5、6和7所示。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取0.2g 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到有机硅改性的聚苯胺。其红外谱图、紫外-可见光谱图、1H核磁共振谱图、扫描电子显微镜、X射线衍射谱、电导率曲线和热失重曲线分别如附图1、2、3、4、5、6和7所示。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g有机硅改性的聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取1.5g去离子水和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到多支链聚苯胺，产率为75.32%，特性粘度0.84dL/g。其结构示意图参见附图8，在本实施例中，
R1/R3=H/SO3H R2/R4=H/CH3
本实施例制备的多支链聚苯胺的红外谱图、紫外-可见光谱图、1H核磁共振谱图、扫描电子显微镜、X射线衍射谱、电导率曲线和热失重曲线分别如附图1、2、3、4、5、6和7所示。
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与0.025g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20mi n后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。其X射线衍射谱、拉曼谱图分别如图9、10所示。
参见附图1，它是本实施例中的聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的红外谱图。由图可知，与聚苯胺相比，有机硅改性的聚苯胺中3400cm-1、2900cm-1、2840cm-1和1100cm-1处的吸收峰增强，表明聚苯胺中氨基已将3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中的环氧基开环;多支链聚苯胺中1050-1150cm-1处是Si-O-Si的吸收峰，表明有机硅改性的聚苯胺已成功水解缩合成多支链结构，且该多支链分子中含有的-OH为聚苯胺的进一步改性与应用、新型高分子材料的研发、聚合物改性与高性能化、多官能化提供了可能。
参见附图2，它是本实施例中的聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的紫外-可见吸收光谱。由图可知，与聚苯胺相比，有机硅改性的聚苯胺和多支链聚苯胺的两个强度较高的吸收带的吸收波长都向短波长方向移动。吸收带蓝移表明聚合物的共轭程度降低，苯环的共平面性下降，聚苯胺的氨基与3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷中环氧基团反应生成带侧基的有机硅改性的聚苯胺；并进一步水解生成多支链聚苯胺。
参见附图3，它是本实施例中聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的1H核磁共振谱图。与聚苯胺曲线对比可以发现，有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的谱图中出现许多新的1H信号峰，表明3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷已成功连接到聚苯胺上，并水解缩合成多支链聚苯胺。
参见表1，它是本实施例制得的三元共聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的元素分析ED S表。由EDS数据可知，聚苯胺中C、N、S、O的原子百分含量与加入的单体中各元素含量类似，表明聚苯胺确实为苯胺的三元共聚物；有机硅改性的聚苯胺中Si、O含量增加，C、N、S含量略有降低，表明3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷已被引入聚苯胺链中；多支链聚苯胺中，Si含量进一步增加，表明多支链聚苯胺的成功合成。
表1.聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、聚硅氧烷改性聚苯胺的EDS数据
参见附图4，它是本实施例中聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的扫描电子显微镜照片；图a、b为聚苯胺放大20K、5K，图c、d为有机硅改性的聚苯胺放大20K、5K，图e、f为多支链聚苯胺放大20K、5K。由比较可以看到，聚苯胺颗粒周边比较清晰规整，有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺颗粒较模糊，四周粗糙，表明其结晶不太完善，有机硅、聚硅氧烷成功引入聚苯胺中。
参见附图5，它为聚苯胺、有机硅改性聚苯胺、多支链聚苯胺的X射线衍射图谱图，由图可知，聚苯胺的X射线衍射图谱中有四个峰，其中8.5°、24.7°处峰形较尖锐，剩余两处峰形平缓，表明聚苯胺有一定的结晶能力。在有机硅改性的聚苯胺中，只有两处隆峰，且分别向较小的角度偏移，峰形平缓，表明有机硅被引入聚苯胺中；在多支链聚苯胺中，18.3°处有一个较强峰，位置向小角度偏移，峰形平缓，9.3°处的衍射峰强度很弱，几乎可以忽略，表明有机硅改性的聚苯胺成功水解缩合成多支链聚苯胺，结晶性下降。
参见附图6，它为室温下聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的电导率随频率的变化曲线。由图可见，三者的电导率-频率曲线相似，且导电率大小相近，表明多支链聚苯胺基本保持了聚苯胺的良好导电率。
参见附图7，它为聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的TGA曲线。初始热分解温度（Tdi）常被用于表征材料的热稳定性，由图可知，聚苯胺、有机硅改性的聚苯胺、多支链聚苯胺的Tdi分别为282℃、153℃、333℃，表明多支链聚苯胺的热稳定性明显高于聚苯胺，这主要归结于耐热性较好的聚硅氧烷分子的存在。
根据以上性能数据可以看出，与聚苯胺相比，本发明制备的多支链聚苯胺在保持良好导电性的基础上，具有更好的耐热性，可用于制备耐热的导电材料、高介电常数材料等，应用前景广阔。
实施例2
1、多支链聚苯胺的制备
按实施例1技术方案制备多支链聚苯胺。
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与0.033g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20min后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。其X射线衍射谱和拉曼谱图分别如图9和10所示。
实施例3
1、多支链聚苯胺的制备
按实施例1技术方案制备多支链聚苯胺。
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与0.1g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20min后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。其X射线衍射谱、拉曼谱图和电导率分别如图9、10和11所示。
实施例4
1、多支链聚苯胺的制备
按实施例1技术方案制备多支链聚苯胺。
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与0.05g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20mi n后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。其X射线衍射谱、拉曼谱图和电导率分别如图9、10和11所示。
3、比较例1改性碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
将0.525g改性碳纳米管与和100g环氧树脂（牌号E-51）加入到烧瓶中，在60℃下搅拌并超声1小时后，真空脱泡30min，加入4g 2-乙基-4-甲基咪唑，继续搅拌10min，得到均匀的混合物；将混合物浇入到模具中，真空脱泡20min，按照80℃/2h+100℃/2h+120℃/2h和140℃/4h工艺进行热固化，即得到改性碳纳米管/环氧树脂复合材料。其介电常数随频率变化图、介电损耗随频率变化图分别见附图11和12。
4、比较例2碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
将0.5g碳纳米管与100g环氧树脂（牌号E-51）加入到烧瓶中，在60℃下搅拌并超声1小时后，真空脱泡30min，加入4g 2-乙基-4-甲基咪唑，继续搅拌10min，得到均匀的混合物；将混合物浇入到模具中，真空脱泡20min，按照80℃/2h+100℃/2h+120℃/2h和140℃/4h工艺进行热固化，即得到碳纳米管/环氧树脂复合材料。其介电常数随频率变化图、介电损耗随频率变化图分别见附图11和12。
参见附图9，它是碳纳米管、实施例1～4中改性碳纳米管的X射线衍射谱图。由图可见，加入多支链聚苯胺后，碳纳米管的衍射峰向小角度方向偏移，峰形尖锐程度降低，表明多支链聚苯胺与碳纳米管之间存在π-π作用。
参见附图10，它是碳纳米管、实施例1～4中改性碳纳米管的拉曼谱图。与碳纳米管的谱图相比，改性碳纳米管的D带和G带峰形略有变宽且发生了偏移，表明多支链聚苯胺与碳纳米管之间存在π-π作用。
参见附图11，它是实施例3和4制备的改性碳纳米管、碳纳米管在10Hz测试频率下的交流电导率柱状图。由图可知，与碳纳米管相比，改性碳纳米管具有相当甚至更高的导电率，这是因为多支链聚苯胺与碳纳米管形成的大π体系有利于电荷的运动，从而易于获得高导电率。这对改性碳纳米管的应用有极大的意义。
参见附图12，它是本发明实施例4所提供的比较例1和2制备的复合材料的介电常数随频率的变化曲线。由图可知，改性碳纳米管/环氧树脂复合材料在低频区的介电常数大大高于碳纳米管/环氧树脂复合材料，表明改性碳纳米管在制备高介电常数材料方面具有显著的应用前景。
参见附图13，它是本发明实施例4所提供的比较例1和2制备的复合材料的介电损耗随频率的变化曲线。比较例2制备的碳纳米管/环氧树脂复合材料的介电损耗强烈依赖于频率，在低频下具有很高的介电损耗（例如102Hz下的复合材料的介电损耗高达350）。而比较例1制备的改性碳纳米管/环氧树脂复合材料的介电损耗对频率的依赖性大大减弱，同时低频下的介电损耗明显降低，表明改性碳纳米管在制备低介电损耗复合材料方面具有突出的优势。综合附图12可知，加入少量改性碳纳米管即可显著提高复合材料的介电常数并大大降低介电损耗，在制备兼具高介电常数、低介电损耗复合材料方面具有显著的优势。
实施例5
1、多支链聚苯胺的制备
按实施例1技术方案制备多支链聚苯胺。
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与0.2g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20mi n后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。
实施例6
1、多支链聚苯胺的制备
按实施例1技术方案制备多支链聚苯胺。
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与1g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20min后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。其扫描电子显微镜图如图14所示。
实施例7
1、多支链聚苯胺的制备
分别取0.9g苯胺、1.1g邻甲苯胺、1.7g间氨基苯磺酸，并向其中加入75mLH2SO4溶液(0.2mol/L)，N2保护、0～5℃条件下，机械搅拌30min。随后逐滴加入100mL过硫酸钾(0.3mol/L)溶液，并剧烈搅拌。滴加完毕后，保温12小时直至反应结束，分别用稀盐酸溶液、丙酮、去离子水洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到聚苯胺，特性粘度0.44dL/g。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g聚苯胺，N2保护、20℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取0.2g 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌72小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到有机硅改性的聚苯胺。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g有机硅改性的聚苯胺，N2保护、20℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取1.5g去离子水和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌72小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到多支链聚苯胺，产率为71.39%，特性粘度0.88dL/g。
其结构示意图参见附图8，其中，
R1/R3=H/SO3H R2/R4=H/CH3 
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与2g多支链聚苯胺加入30mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声40mi n后,加入80mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。其扫描电子显微镜图如图14所示。
参见附图14，图中的a、b图分别是实施例6、7中改性碳纳米管的扫描电子显微镜图。由图可知，改性碳纳米管均匀地贯穿在多支链聚苯胺中，表明本发明提供的多支链聚苯胺能通过π-π作用有效地分散碳纳米管。
实施例8
1、多支链聚苯胺的制备
分别取1.4g苯胺、2.6g间氨基苯磺酸，并向其中加入150mL十二烷基苯磺酸溶液(0.2mol/L)，N2保护、0～5℃条件下，机械搅拌30min。随后逐滴加入100mL过硫酸铵(0.3mol/L)溶液，并剧烈搅拌。滴加完毕后，保温24小时直至反应结束，将反应液加入过量的甲醇中破乳，过滤后分别用稀盐酸溶液、丙酮、去离子水洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到聚苯胺。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g聚苯胺，N2保护、50℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取0.2g 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和0.005g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌5小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到有机硅改性的聚苯胺。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g有机硅改性的聚苯胺，N2保护、50℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取1.5g去离子水和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌10小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到多支链聚苯胺，产率为70.33%。
其结构示意图参见附图8，其中，
R1/R3=H/SO3H R2/R4=H
2、改性碳纳米管的制备
将1g单壁碳纳米管与0.1g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声40mi n后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。
实施例9
1、多支链聚苯胺的制备
分别取1.6g邻甲苯胺、2.6g间氨基苯磺酸，并向其中加入300mL十二烷基苯磺酸溶液(0.1mol/L)，N2保护、0～5℃条件下，机械搅拌45min。随后逐滴加入100mL过硫酸钾(0.6mol/L)溶液，并剧烈搅拌。滴加完毕后，保温8小时直至反应结束，将上述反应液加入过量的甲醇中破乳、过滤，分别用稀盐酸溶液、丙酮、去离子水洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到聚苯胺。
在45mL的二甲基亚砜中加入1g聚苯胺，N2保护、20℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取0.1g 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌72小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到有机硅改性的聚苯胺。
在45mL的二甲基亚砜中加入1g有机硅改性的聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取1g去离子水和0.005g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到多支链聚苯胺，产率为72.74%。
其结构示意图参见附图8，其中，
R1/R3=H/SO3H R2/R4=H/CH3 
2、改性碳纳米管的制备
将1g单壁碳纳米管与0.2g多支链聚苯胺加入40mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20mi n后,加入90mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。
实施例10
1、多支链聚苯胺的制备
取2.8g苯胺，并向其中加入150mL对甲苯磺酸溶液(0.2mol/L)，N2保护、0～5℃条件下，机械搅拌30min。随后逐滴加入100mL过硫酸铵(0.3mol/L)溶液，并剧烈搅拌。滴加完毕后，保温6小时直至反应结束，分别用稀盐酸溶液、丙酮、去离子水洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到聚苯胺。
在70mL的二甲基亚砜中加入1g聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取0.3g 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到有机硅改性的聚苯胺。
在70mL的二甲基亚砜中加入1g有机硅改性的聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取1.5g去离子水和0.005g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到多支链聚苯胺，产率为71.92%。
其结构示意图参见附图8，其中，
R1/R2/R3/R4=H
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与0.5g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声40min后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。
实施例11
1、多支链聚苯胺的制备
分别取0.9g苯胺、1.1g邻甲苯胺、1.7g间氨基苯磺酸，并向其中加入150mLβ-萘磺酸溶液(0.2mol/L)，N2保护、0～5℃条件下，机械搅拌30min。随后逐滴加入100mL过硫酸钾(0.3mol/L)溶液，并剧烈搅拌。滴加完毕后，保温24小时直至反应结束，分别用稀盐酸溶液、丙酮、去离子水洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到聚苯胺。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取0.2g 2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到有机硅改性的聚苯胺。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g有机硅改性的聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取1.5g去离子水和0.005g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到多支链聚苯胺，产率为69.87%。
其结构示意图参见附图8，其中，
R1/R3=H/SO3H R2/R4=H/CH3
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与1g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20mi n后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。
实施例12
1、多支链聚苯胺的制备
取3.3g间甲苯胺，并向其中加入150mL十二烷基苯磺酸溶液(0.2mol/L)，N2保护、0～5℃条件下，机械搅拌30min。随后逐滴加入100mL过硫酸铵(0.3mol/L)溶液，并剧烈搅拌。滴加完毕后，保温6小时直至反应结束，将上述反应液加入过量的甲醇中破乳，过滤后分别用稀盐酸溶液、丙酮、去离子水洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到聚苯胺。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g聚苯胺，N2保护、50℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取0.1g 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌24小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到有机硅改性的聚苯胺。
在90mL的二甲基亚砜中加入1g有机硅改性的聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取1.5g去离子水和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到多支链聚苯胺，产率为73.15%。
其结构示意图参见附图8，其中，
R1/R3=CH3 R2/R4=H
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与2g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20min后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。
实施例13
1、多支链聚苯胺的制备
分别取0.9g苯胺、1.1g邻甲苯胺、1.7g间氨基苯磺酸，并向其中加入300mL氨基磺酸(0.2mol/L)，N2保护、0～5℃条件下，机械搅拌30min。随后逐滴加入100mL过硫酸铵(0.3mol/L)溶液，并剧烈搅拌。滴加完毕后，保温6小时直至反应结束，将上述反应液过滤后分别用稀盐酸溶液、丙酮、去离子水洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到聚苯胺。
在65mL的二甲基亚砜中加入1g聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取0.2g2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三乙氧基硅烷和0.005g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到有机硅改性的聚苯胺。
在65mL的二甲基亚砜中加入1g有机硅改性的聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取1g去离子水和0.005g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到多支链聚苯胺，产率为68.12%。
其结构示意图参见附图8，其中，
R1/R3=H/SO3H R2/R4=H/CH3 
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与5g多支链聚苯胺加入40mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20min后,加入90mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。
实施例14
1、多支链聚苯胺的制备
分别取1.4g苯胺、1.8g2,3-二甲基苯胺，并向其中加入600ml HNO3溶液(0.1mol/L)，N2保护、0～5℃条件下，机械搅拌30min。随后逐滴加入100mL过硫酸钾(0.3mol/L)溶液，并剧烈搅拌。滴加完毕后，保温18小时直至反应结束，将上述反应液过滤后分别用稀盐酸溶液、丙酮、去离子水洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到聚苯胺。
在85mL的二甲基亚砜中加入1g聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取0.3g 3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到有机硅改性的聚苯胺。
在85mL的二甲基亚砜中加入1g有机硅改性的聚苯胺，N2保护、25℃条件下，机械搅拌30min使其充分溶解，取1.5g去离子水和0.01g盐酸逐滴加入到该混合溶液中，继续搅拌48小时。待反应结束后，将反应液加入过量的甲醇中反复洗涤、抽滤，并在50℃下真空干燥24小时，得到多支链聚苯胺，产率为71.84%。
其结构示意图参见附图8，其中，
R1/R2=H/CH3 R3/R4=H/CH3 
2、改性碳纳米管的制备
将1g碳纳米管与10g多支链聚苯胺加入50mL二甲基亚砜中，25℃下搅拌并超声20mi n后,加入100mL甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，并在50℃下真空干燥24小时，得到改性碳纳米管。
Claims (6)
1.一种改性碳纳米管的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在N2保护和搅拌下，按质量比，将10份聚苯胺溶解于500～1000份二甲基亚砜中，逐滴加入1～3份含环氧基的三烷氧基硅烷和0.05～0.1份盐酸，在20～50℃条件下反应5～72小时，反应结束后洗涤、抽滤，得到有机硅改性的聚苯胺；再将10份有机硅改性的聚苯胺溶解于500～1000份二甲基亚砜中，逐滴加入10～15份水和0.05～0.1份盐酸，在20～50℃条件下搅拌反应10～72小时，反应结束后洗涤、抽滤，即得到多支链聚苯胺；
（2）按质量比，将0.5份碳纳米管与0.013～0.5份多支链聚苯胺加入到15～25份二甲基亚砜中，搅拌并超声处理20～40min得到反应产物；将反应产物加入40～50份甲醇中沉淀，抽滤并洗涤，得到改性碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的一种改性碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述的碳纳米管为单壁或多壁碳纳米管，或其组合。
3.根据权利要求1所述的一种改性碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述的含环氧基的三烷氧基硅烷为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己烷烷基)乙基三乙氧基硅烷，或它们的任意组合。
4.根据权利要求1所述的一种改性碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述的聚苯胺为苯胺类单体的聚合物。
5.根据权利要求3所述的一种改性碳纳米管的制备方法，其特征在于：所述的苯胺类单体的聚合物为苯胺、邻甲苯胺、间氨基苯磺酸、2,3-二甲基苯胺、间甲苯胺、邻氨基苯磺酸、邻氨基苯甲酸、间氨基苯甲酸的均聚物，或它们任意组合的共聚物。
6.一种按权利要求1所述的制备方法得到的改性碳纳米管。
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