CN104672730A - 一种水溶性碳纳米管材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水溶性碳纳米管材料及其制备方法，上述水溶性碳纳米管材料，由包含以下重量份的组分制成：碳纳米管0.05-3份、酸混合液68-78份、聚乙烯醇缩丁醛0.2-1份、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.05-0.8份、氯化钠0.02-0.8份、分散剂0.02-1.2份和发泡剂0.01-0.5份。本发明还提供了上述水溶性碳纳米管材料的制备方法。
Description
技术领域
本发明属于新材料领域，特别涉及一种水溶性碳纳米管材料及其制备方法。
背景技术
纳米技术是从上个世纪末出现的，纳米材料具有独特性能，作为纳米材料领域重要材料之一的碳纳米管具有独特的物理性能。
碳纳米管是一种具有纳米直径的管状碳纤维，具有良好的韧性和强度，以及优异的导电性能。并且随着制备方法的不同能得到具有优异力学强度、导电性能和电磁屏蔽性能的材料。
日本科学家Iijima教授于1991年制得了一种新型纳米材料，即碳纳米管。碳纳米管具有石墨的优良的特性，耐热、耐腐蚀、传热好、导电性佳和良好的生物相容性等优点。由于碳纳米管的分子量大及各碳纳米管间存在极强的管间范德华引力，致使碳纳米管不溶于水，从而限制了其在各领域的应用。
发明内容
针对上述的需求，本发明特别提供了一种水溶性碳纳米管材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种水溶性碳纳米管材料，由包含以下重量份的组分制成：
所述发泡剂选自石油醚、正己烷、二氧六环和乙醇胺中的一种或几种的混合。
所述分散剂选自甘油硬脂酸脂、聚醋酸乙烯树脂、聚二噻唑、十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合。
所述酸混合液为硫酸、硝酸和磷酸的混合物。
所述酸混合液中硫酸、硝酸和磷酸的质量比为1-2：3：0.2-0.5。
一种水溶性碳纳米管材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)在酸混合液68-78份中加入聚乙烯醇缩丁醛0.2-1份、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.05-0.8份、氯化钠0.02-0.8份、分散剂0.02-1.2份和发泡剂0.01-0.5份；
(2)在150-180℃氮气气氛下加热30-50min，加入碳纳米管0.05-3份，超声10-20min；
(3)自然冷却后，在-4℃下静置1-2小时，抽滤、洗涤、烘干，得到水溶性碳纳米管。
所述步骤3中的抽滤采用孔径为0.22微米的聚四氟乙烯滤膜。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
(1)本发明制得的水溶性碳纳米管在保留了其良好的稳定性和导电性能的同时，能良好地溶于水中，避免了使用各类有机溶剂，这样能有效避免了因有机溶剂带来的污染。
(2)本发明的水溶性碳纳米管，其制备方法简单，制备条件易获得，易于工业化生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
(1)将硫酸17kg、硝酸51kg和磷酸3.4kg混合均匀，加入聚乙烯醇缩丁醛0.2kg、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.05kg、氯化钠0.02kg、甘油硬脂酸脂0.02kg和石油醚0.01kg；
(2)在150℃氮气气氛下加热30min，加入碳纳米管0.05kg，超声10min；
(3)自然冷却后，在-4℃下静置1小时，用孔径为0.22微米的聚四氟乙烯滤膜抽滤、洗涤、烘干，得到水溶性碳纳米管。
将制得的水溶性碳纳米管加入水中，搅拌，基本没有沉淀，20天后溶液仍保持稳定。
实施例2
(1)将硫酸17kg、硝酸51kg和磷酸3.4kg混合均匀，加入聚乙烯醇缩丁醛1kg、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.05kg、氯化钠0.02kg、聚醋酸乙烯树脂0.02kg和石油醚0.01kg；
(2)在150℃氮气气氛下加热30min，加入碳纳米管0.05kg，超声10min；
(3)自然冷却后，在-4℃下静置1小时，用孔径为0.22微米的聚四氟乙烯滤膜抽滤、洗涤、烘干，得到水溶性碳纳米管。
将制得的水溶性碳纳米管加入水中，搅拌，基本没有沉淀，20天后溶液仍保持稳定。
实施例3
(1)将硫酸28kg、硝酸42kg和磷酸7kg混合均匀，加入聚乙烯醇缩丁醛1kg、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.05kg、氯化钠0.8kg、聚醋酸乙烯树脂1.2kg、正己烷0.25kg和二氧六环0.25kg；
(2)在180℃氮气气氛下加热50min，加入碳纳米管3kg，超声20min；
(3)自然冷却后，在-4℃下静置2小时，用孔径为0.22微米的聚四氟乙烯滤膜抽滤、洗涤、烘干，得到水溶性碳纳米管。
将制得的水溶性碳纳米管加入水中，搅拌，基本没有沉淀，20天后溶液仍保持稳定。
实施例4
(1)将硫酸28kg、硝酸42kg和磷酸7kg混合均匀，加入聚乙烯醇缩丁醛0.5kg、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.8kg、氯化钠0.8kg、十二烷基硫酸钠1.2kg、正己烷0.25kg和二氧六环0.25kg；
(2)在180℃氮气气氛下加热50min，加入碳纳米管3kg，超声20min；
(3)自然冷却后，在-4℃下静置2小时，用孔径为0.22微米的聚四氟乙烯滤膜抽滤、洗涤、烘干，得到水溶性碳纳米管。
将制得的水溶性碳纳米管加入水中，搅拌，基本没有沉淀，20天后溶液仍保持稳定。
实施例5
(1)将硫酸26kg、硝酸40kg和磷酸4kg混合均匀，加入聚乙烯醇缩丁醛0.8kg、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.5kg、氯化钠0.5kg、壬基酚聚氧乙烯醚1kg和乙醇胺0.2kg；
(2)在160℃氮气气氛下加热40min，加入碳纳米管2kg，超声15min；
(3)自然冷却后，在-4℃下静置1小时，用孔径为0.22微米的聚四氟乙烯滤膜抽滤、洗涤、烘干，得到水溶性碳纳米管。
将制得的水溶性碳纳米管加入水中，搅拌，基本没有沉淀，20天后溶液仍保持稳定。
Claims (7)
1.一种水溶性碳纳米管材料，其特征在于，由包含以下重量份的组分制成：
2.根据权利要求1所述水溶性碳纳米管材料，其特征在于，所述发泡剂选自石油醚、正己烷、二氧六环和乙醇胺中的一种或几种的混合。
3.根据权利要求1所述水溶性碳纳米管材料，其特征在于，所述分散剂选自甘油硬脂酸脂、聚醋酸乙烯树脂、聚二噻唑、十二烷基硫酸钠和壬基酚聚氧乙烯醚中的一种或几种的混合。
4.根据权利要求1所述水溶性碳纳米管材料，其特征在于，所述酸混合液为硫酸、硝酸和磷酸的混合物。
5.根据权利要求4所述水溶性碳纳米管材料，其特征在于，所述酸混合液中硫酸、硝酸和磷酸的质量比为1-2：3：0.2-0.5。
6.一种水溶性碳纳米管材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在酸混合液68-78份中加入聚乙烯醇缩丁醛0.2-1份、月桂醇聚醚硫酸酯钠0.05-0.8份、氯化钠0.02-0.8份、分散剂0.02-1.2份和发泡剂0.01-0.5份；
(2)在150-180℃氮气气氛下加热30-50min，加入碳纳米管0.05-3份，超声10-20min；
(3)自然冷却后，在-4℃下静置1-2小时，抽滤、洗涤、烘干，得到水溶性碳纳米管。
7.根据权利要求6所述的水溶性碳纳米管的制备方法，其特征在于，步骤3中所述抽滤采用孔径为0.22微米的聚四氟乙烯滤膜。
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