一種碳納米管-TiO₂-聚糠醇三元復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳納米管?TiO2?聚糠醇三元復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是以聚糠醇為基體，二氧化鈦改性的碳納米管分散于聚糠醇基體中，其中二氧化鈦改性后的碳納米管采用硅烷偶聯(lián)劑KH560進(jìn)行改性，二氧化鈦改性的碳納米管與聚糠醇基體的質(zhì)量比為1：45?60。本發(fā)明還公開了該三元復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明制備的三元復(fù)合材料穩(wěn)定性好，耐熱性能佳，催化性能大大提高，強(qiáng)度大，耐磨、耐腐蝕性能得到改善，且其制備方法簡單，條件易于控制，制備成本低，制備過程中無有毒物質(zhì)排放，有利于環(huán)境保護(hù)。
【專利說明】
一種碳納米管-T i O2-聚糠醇三元復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
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[000?]本發(fā)明涉及復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種碳納米管-Ti02-聚糠醇三元復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
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[0002]糠醇是有機(jī)合成的重要原料，被廣泛應(yīng)用于各種性能的呋喃樹脂、增塑劑、添加劑、火箭燃料等，含用于合成纖維、橡膠和鑄造工業(yè)。體型結(jié)構(gòu)的形成使糠醛系高分子材料具有強(qiáng)度、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)。聚糠醇是一種具有很高交聯(lián)程度的熱固性樹脂，不僅成本低廉，而且在炭化后具有較高的殘?zhí)苛恳约澳軌蛐阅苡欣跉怏w粉體的特殊孔隙結(jié)構(gòu)，曾被許多研究者采用作為制備氣體分離炭膜的優(yōu)良材料。但是其耐磨性能比較差，使用性能差，從而提尚了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0003]本發(fā)明的目的是提供一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料，該三元復(fù)合材料中T12改性的碳納米管可以穩(wěn)定的分散在聚糠醇基體中，制得的復(fù)合材料加工性能好，催化性能優(yōu)異。
[0004]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該三元復(fù)合材料的制備方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是以聚糠醇為基體，二氧化鈦改性的碳納米管分散于聚糠醇基體中，其中二氧化鈦改性的碳納米管采用硅烷偶聯(lián)劑KH560繼續(xù)改性，二氧化鈦改性的碳納米管與聚糠醇基體的質(zhì)量比為1:45-60。
[0007]一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)稱取碳納米管于燒杯中，向其中加入濃硫酸和濃硝酸的混酸，超聲l_2h，再移入三口燒瓶中，在40-50°C下攪拌1h，用2L去離子水稀釋，震蕩，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，在80°C烘干，得到酸化的碳納米管；
[0009](2)稱取酸化的碳納米管于乙醇和去離子水的混合溶液中，500W下超聲20-50min，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在40-60 0C、3000-5000轉(zhuǎn)/分下攪拌1-1.5h，再稱取鈦酸正丁酯，并以1_2ml/min的速度滴加到三口燒瓶中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌7-12h，然后減壓抽濾，烘干，500-600°C下煅燒，得到T12改性的碳納米管；
[0010](3)稱取步驟(2)得到的T12改性碳納米管于燒杯中，加入適量的去離子水和乙醇的混合溶液，500-1000W下超聲30-50min，再向其中加入硅烷偶聯(lián)劑KH560，繼續(xù)超聲20min，然后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在75-85 0C下攪拌l_2h，過濾、烘干，得到T12、KH560復(fù)合改性的碳納米管；
[0011](4)將步驟(3)得到的Ti02、KH560復(fù)合改性的碳納米管加入到聚糠醇原液中，在10000-200000r/min的速度進(jìn)行40-70min的剪切機(jī)械攪拌，然后在30-50KHZ的超聲頻率下超聲l-2h，得到碳納米管/T i02/聚糠醇三元復(fù)合材料原液，將該三元復(fù)合材料原液制膜，得到碳納米管/T12/聚糠醇三元復(fù)合材料。
[0012]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(I)中，濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1。
[0013]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(2)中，所述酸化的碳納米管與鈦酸正丁酯的質(zhì)量比為2-5:1。
[0014]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(3)中，T12改性碳納米管與硅烷偶聯(lián)劑KH560的質(zhì)量比為35-80:1。
[0015]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0016]本發(fā)明采用原位合成的方法在碳納米管表面合成氧化鈦，得到氧化鈦包覆改性的碳納米管雜化材料，該雜化材料將氧化鈦、碳納米管兩種無機(jī)材料的優(yōu)異性能相結(jié)合，大大降低了碳納米管的比表面積，同時(shí)用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)其進(jìn)行改性，得到的雜化材料的分散性大大提高;且本發(fā)明合理控制氧化鈦、碳納米管以及KH560的用量比，得到的改性碳納米管材料性能優(yōu)異，可以穩(wěn)定分散在聚糠醇基體中；
[0017]本發(fā)明制得的碳納米管/T12/聚糠醇三元復(fù)合材料穩(wěn)定性好，耐熱性能佳，催化性能大大提高，強(qiáng)度大，耐磨、耐腐蝕性能得到改善。
【具體實(shí)施方式】
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[0018]為了更好的理解本發(fā)明，下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，不會(huì)對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
[0019]實(shí)施例1
[0020]一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是以聚糠醇為基體，二氧化鈦改性的碳納米管分散于聚糠醇基體中，其中二氧化鈦改性的碳納米管采用硅烷偶聯(lián)劑KH560進(jìn)行改性，二氧化鈦改性的碳納米管與聚糠醇基體的質(zhì)量比為1:45。
[0021]其制備方法包括以下步驟:
[0022](I)稱取碳納米管于燒杯中，向其中加入濃硫酸和濃硝酸的混酸，超聲Ih，再移入三口燒瓶中，在40 0C下攪拌1h，用2L去離子水稀釋，震蕩，用0.1moI/L氫氧化鈉溶液洗至中性，在80 0C烘干，得到酸化的碳納米管；
[0023](2)稱取2g酸化的碳納米管于乙醇和去離子水的混合溶液中，500W下超聲20min，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在40°C、3000轉(zhuǎn)/分下攪拌lh，再稱取Ig鈦酸正丁酯，以lml/min的速度滴加到三口燒瓶中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌7h，然后減壓抽濾，烘干，5000C下煅燒，得到T12改性的碳納米管；
[0024](3)稱取0.33g步驟(2)得到的T12改性碳納米管于燒杯中，加入適量的去離子水和乙醇的混合溶液，500W下超聲30min，再向其中加入0.018硅烷偶聯(lián)劑1(!1560，繼續(xù)超聲20min，然后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在75°C下攪拌Ih，過濾、烘干，得到T12、KH560復(fù)合改性的碳納米管；
[0025](4)將步驟(3)得到的Ti02、KH560復(fù)合改性的碳納米管加入到聚糠醇原液中，在10000r/min的速度進(jìn)行40min的剪切機(jī)械攪拌，然后在30KHz的超聲頻率下超聲lh，得到碳納米管/Ti02/聚糠醇三元復(fù)合材料原液，將該三元復(fù)合材料原液制膜，得到碳納米管/Ti〇2/聚糠醇三元復(fù)合材料。
[0026]實(shí)施例2
[0027]一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是以聚糠醇為基體，二氧化鈦改性的碳納米管分散于聚糠醇基體中，其中二氧化鈦改性后的碳納米管采用硅烷偶聯(lián)劑KH560進(jìn)行改性，二氧化鈦改性的碳納米管與聚糠醇基體的質(zhì)量比為1:60。
[0028]其制備方法包括以下步驟:
[0029](I)稱取碳納米管于燒杯中，向其中加入濃硫酸和濃硝酸的混酸，超聲2h，再移入三口燒瓶中，在50°C下攪拌1h，用2L去離子水稀釋，震蕩，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，在80 0C烘干，得到酸化的碳納米管；
[0030](2)稱取5g酸化的碳納米管于乙醇和去離子水的混合溶液中，500W下超聲50min，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在60°C、5000轉(zhuǎn)/分下攪拌1.5h，再稱取Ig鈦酸正丁酯，以2ml/min的速度滴加到三口燒瓶中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌12h，然后減壓抽濾，烘干，600°C下煅燒，得到T12改性的碳納米管；
[0031](3)稱取0.Sg步驟(2)得到的T12改性碳納米管于燒杯中加入適量的去離子水和乙醇的混合溶液，1000W下超聲50min，再向其中加入0.0I g硅烷偶聯(lián)劑KH560，繼續(xù)超聲20min，然后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在85°C下攪拌2h，過濾、烘干，得到Ti02、KH560復(fù)合改性的碳納米管；
[0032](4)將步驟(3)得到的Ti02、KH560復(fù)合改性的碳納米管加入到聚糠醇原液中，在200000r/min的速度進(jìn)行70min的剪切機(jī)械攪拌，然后在50KHz的超聲頻率下超聲2h，得到碳納米管/Ti02/聚糠醇三元復(fù)合材料原液，將該三元復(fù)合材料原液制膜，得到碳納米管/Ti〇2/聚糠醇三元復(fù)合材料。
[0033]實(shí)施例3
[0034]一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是以聚糠醇為基體，二氧化鈦改性的碳納米管分散于聚糠醇基體中，其中二氧化鈦改性后的碳納米管采用硅烷偶聯(lián)劑KH560進(jìn)行改性，二氧化鈦改性的碳納米管與聚糠醇基體的質(zhì)量比為1:50。
[0035]其制備方法包括以下步驟:
[0036](I)稱取碳納米管于燒杯中，向其中加入濃硫酸和濃硝酸的混酸，超聲1.2h，再移入三口燒瓶中，在45°C下攪拌1h，用2L去離子水稀釋，震蕩，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，在80°C烘干，得到酸化的碳納米管；
[0037](2)稱取3g酸化的碳納米管于乙醇和去離子水的混合溶液中，500W下超聲30min，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在45°C、3500轉(zhuǎn)/分下攪拌1.lh，再稱取Ig鈦酸正丁酯，以1.2ml/min的速度滴加到三口燒瓶中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌8h，然后減壓抽濾，烘干，5500C下煅燒，得到T12改性的碳納米管；
[0038](3)稱取0.43g步驟(2)得到的T12改性碳納米管于燒杯中加入適量的去離子水和乙醇的混合溶液，600W下超聲40min，再向其中加入0.0 Ig硅烷偶聯(lián)劑KH560，繼續(xù)超聲20min，然后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在80 °C下攪拌1.2h，過濾、烘干，得到T12、KH560復(fù)合改性的碳納米管；
[0039](4)將步驟(3)得到的Ti02、KH560復(fù)合改性的碳納米管加入到聚糠醇原液中，在30000r/min的速度進(jìn)行50min的剪切機(jī)械攪拌，然后在35KHz的超聲頻率下超聲1.2h，得到碳納米管/T12/聚糠醇三元復(fù)合材料原液，將該三元復(fù)合材料原液制膜，得到碳納米管/T i〇2/聚糠醇三元復(fù)合材料。
[0040] 實(shí)施例4
[0041 ] 一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是以聚糠醇為基體，二氧化鈦改性的碳納米管分散于聚糠醇基體中，其中二氧化鈦改性后的碳納米管采用硅烷偶聯(lián)劑KH560進(jìn)行改性，二氧化鈦改性的碳納米管與聚糠醇基體的質(zhì)量比為1:45。
[0042]其制備方法包括以下步驟:
[0043](I)稱取碳納米管于燒杯中，向其中加入濃硫酸和濃硝酸的混酸，超聲1.4h，再移入三口燒瓶中，在45°C下攪拌1h，用2L去離子水稀釋，震蕩，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，在80°C烘干，得到酸化的碳納米管；
[0044](2)稱取3.5g酸化的碳納米管于乙醇和去離子水的混合溶液中，500W下超聲35min，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在50°C、4000轉(zhuǎn)/分下攪拌1.2h，再稱取Ig鈦酸正丁酯，以1.4ml/min的速度滴加到三口燒瓶中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌9h，然后減壓抽濾，烘干，500 V下煅燒，得到T12改性的碳納米管；
[0045](3)稱取0.53g步驟(2)得到的T12改性碳納米管于燒杯中加入適量的去離子水和乙醇的混合溶液，700W下超聲40min，再向其中加入0.0 Ig硅烷偶聯(lián)劑KH560，繼續(xù)超聲20min，然后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在80°C下攪拌1.4h，過濾、烘干，得到T12、KH560復(fù)合改性的碳納米管；
[0046](4)將步驟(3)得到的Ti02、KH560復(fù)合改性的碳納米管加入到聚糠醇原液中，在60000r/min的速度進(jìn)行55min的剪切機(jī)械攪拌，然后在40KHz的超聲頻率下超聲1.4h，得到碳納米管/T12/聚糠醇三元復(fù)合材料原液，將該三元復(fù)合材料原液制膜，得到碳納米管/T i〇2/聚糠醇三元復(fù)合材料。
[0047]實(shí)施例5
[0048]一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是以聚糠醇為基體，二氧化鈦改性的碳納米管分散于聚糠醇基體中，其中二氧化鈦改性后的碳納米管采用硅烷偶聯(lián)劑KH560進(jìn)行改性，二氧化鈦改性的碳納米管與聚糠醇基體的質(zhì)量比為1:55。
[0049]其制備方法包括以下步驟:
[0050](I)稱取碳納米管于燒杯中，向其中加入濃硫酸和濃硝酸的混酸，超聲1.6h，再移入三口燒瓶中，在50°C下攪拌1h，用2L去離子水稀釋，震蕩，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，在80°C烘干，得到酸化的碳納米管；
[0051](2)稱取2_5g酸化的碳納米管于乙醇和去離子水的混合溶液中，500W下超聲45min，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在50°C、4500轉(zhuǎn)/分下攪拌1.3h，再稱取Ig鈦酸正丁酯，以1.6ml/min的速度滴加到三口燒瓶中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌1h，然后減壓抽濾，烘干，500°C下煅燒，得到T12改性的碳納米管；
[0052](3)稱取0.63g步驟(2)得到的T12改性碳納米管于燒杯中加入適量的去離子水和乙醇的混合溶液，800W下超聲45min，再向其中加入0.0 Ig硅烷偶聯(lián)劑KH560，繼續(xù)超聲20min，然后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在80°C下攪拌1.6h，過濾、烘干，得到T12、KH560復(fù)合改性的碳納米管；
[0053](4)將步驟(3)得到的Ti02、KH560復(fù)合改性的碳納米管加入到聚糠醇原液中，在100000r/min的速度進(jìn)行60min的剪切機(jī)械攪拌，然后在50KHz的超聲頻率下超聲1.6h，得到碳納米管/T12/聚糠醇三元復(fù)合材料原液，將該三元復(fù)合材料原液制膜，得到碳納米管/T i〇2/聚糠醇三元復(fù)合材料。
[0054]實(shí)施例6
[0055]一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料，所述復(fù)合材料是以聚糠醇為基體，二氧化鈦改性的碳納米管分散于聚糠醇基體中，其中二氧化鈦改性后的碳納米管采用硅烷偶聯(lián)劑KH560進(jìn)行改性，二氧化鈦改性的碳納米管與聚糠醇基體的質(zhì)量比為1:55。
[0056]其制備方法包括以下步驟:
[0057](I)稱取碳納米管于燒杯中，向其中加入濃硫酸和濃硝酸的混酸，超聲1.Sh，再移入三口燒瓶中，在45°C下攪拌1h，用2L去離子水稀釋，震蕩，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，在80°C烘干，得到酸化的碳納米管；
[0058](2)稱取5g酸化的碳納米管于乙醇和去離子水的混合溶液中，500W下超聲45min，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在55°C、5000轉(zhuǎn)/分下攪拌1.4h，再稱取Ig鈦酸正丁酯，以1.8ml/min的速度滴加到三口燒瓶中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌I Ih，然后減壓抽濾，烘干，600°C下煅燒，得到T12改性的碳納米管；
[0059](3)稱取0.73g步驟(2)得到的T12改性碳納米管于燒杯中加入適量的去離子水和乙醇的混合溶液，900W下超聲45min，再向其中加入0.0 Ig硅烷偶聯(lián)劑KH560，繼續(xù)超聲20min，然后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在80°C下攪拌1.8h，過濾、烘干，得到T12、KH560復(fù)合改性的碳納米管；
[0060](4)將步驟(3)得到的Ti02、KH560復(fù)合改性的碳納米管加入到聚糠醇原液中，在150000r/min的速度進(jìn)行65min的剪切機(jī)械攪拌，然后在50KHz的超聲頻率下超聲1.8h，得到碳納米管/T12/聚糠醇三元復(fù)合材料原液，將該三元復(fù)合材料原液制膜，得到碳納米管/T i〇2/聚糠醇三元復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料是以聚糠醇為基體，二氧化鈦改性的碳納米管分散于聚糠醇基體中，其中二氧化鈦改性的碳納米管采用硅烷偶聯(lián)劑KH560繼續(xù)改性，二氧化鈦改性的碳納米管與聚糠醇基體的質(zhì)量比為1:45-60。2.如權(quán)利要求1所述的一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)稱取碳納米管于燒杯中，向其中加入濃硫酸和濃硝酸的混酸，超聲l_2h，再移入三口燒瓶中，在40-50°C下攪拌10h，用2L去離子水稀釋，震蕩，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，在80°C烘干，得到酸化的碳納米管； (2)稱取酸化的碳納米管于乙醇和去離子水的混合溶液中，500W下超聲20-50min，轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在40-60°C、3000-5000轉(zhuǎn)/分下攪拌1-1.5h，再稱取鈦酸正丁酯，并以l-2ml/min的速度滴加到三口燒瓶中，滴加完畢后繼續(xù)攪拌7-12h，然后減壓抽濾，烘干，500-600°C下煅燒，得到T12改性的碳納米管； (3)稱取步驟(2)得到的T12改性碳納米管于燒杯中，加入適量的去離子水和乙醇的混合溶液，500-1000W下超聲30-50min，再向其中加入硅烷偶聯(lián)劑KH560，繼續(xù)超聲20min，然后轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在75-85°C下攪拌l_2h，過濾、烘干，得到T12、KH560復(fù)合改性的碳納米管； (4)將步驟(3)得到的Ti02、KH560復(fù)合改性的碳納米管加入到聚糠醇原液中，在10000-200000r/min的速度進(jìn)行40-70min的剪切機(jī)械攪拌，然后在30-50KHZ的超聲頻率下超聲1-2h，得到碳納米管/Ti02/聚糠醇三元復(fù)合材料原液，將該三元復(fù)合材料原液制膜，得到碳納米管/T12/聚糠醇三元復(fù)合材料。3.如權(quán)利要求2所述的一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(I)中，濃硫酸與濃硝酸的體積比為3:1。4.如權(quán)利要求2所述的一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述酸化的碳納米管與鈦酸正丁酯的質(zhì)量比為2-5:1。5.如權(quán)利要求2所述的一種碳納米管-T12-聚糠醇三元復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，Ti02改性碳納米管與硅烷偶聯(lián)劑KH560的質(zhì)量比為35-80:1。
【文檔編號(hào)】C08L71/14GK105885385SQ201610260743
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年4月25日
【發(fā)明人】王文慶
【申請(qǐng)人】東莞市聯(lián)洲知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)營管理有限公司