一种核－壳型亲油－亲水碳纳米管及其制备方法

摘要

本发明提供了一种核-壳型亲油-亲水碳纳米管及其制备方法。将碳纳米管处理后使其表面带上羟基或胺基，再处理得到特定引发基团；然后用原子转移自由基聚合反应引发含双键亲油性单体聚合，得到单段亲油性高分子接枝的碳纳米管；再用原子转移自由基聚合反应继续引发(甲基)丙烯酸特丁酯单体聚合，然后对外层聚(甲基)丙烯酸特丁酯水解处理，使之具有亲水性，则得到核-壳型亲油-亲水碳纳米管。所得产品在溶剂中或溶剂界面表现出独特的两亲性质，可以作为特殊功能的纳米器件，也可以作为不同系统间物质传递与转移的载体，从而在纳米科学、材料科学和生物医学诸方面具有广泛的用途。

主权项

1.核-壳型亲油-亲水碳纳米管的制备方法，其特征在于具体制备方法如下：步骤(a)：1重量份干燥的碳纳米管和0.1～100重量份强氧化性酸，用0.01～100kHz超声波处理0.1～100hr后加热到20～200℃，反应0.5～100hr，用滤膜抽滤，反复洗涤多次至中性，0～180℃真空干燥10～30hr后得到酸化碳纳米管；其中强氧化性酸选自0.1～70wt％硝酸、0.1～100wt％硫酸、1/100～100/1摩尔比硝酸和硫酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比高锰酸钾和硫酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比高锰酸钾和盐酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比高锰酸钾和硝酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比过氧化氢和硫酸混合溶液、1/100～100/1摩尔比过氧化氢和盐酸混合溶液或者1/100～100/1摩尔比过氧化氢和硝酸混合溶液；步骤(b)：加入步骤(a)所得酸化碳纳米管1重量份和酰化剂1～100重量份，用0.01～100kHz超声波处理10～1000min后，加热到20～200℃，搅拌并回流下反应0.5～100hr，抽滤并反复洗涤除去酰化剂，得到酰化碳纳米管；步骤(c)：加入步骤(b)所得酰化碳纳米管1重量份和多元醇或多元胺1～50重量份，密封，反复抽充氮气三次，用0.01～100kHz超声波处理10～1000min后，在20～200℃下反应1～20hr，抽滤，反复洗涤后，0～180℃真空干燥，得到表面带有羟基或胺基的碳纳米管；步骤(d)：加入步骤(c)所得表面带有羟基或胺基的碳纳米管1重量份和α-卤代酰卤1～50重量份，密封，反复抽充氮气三次，用0.01～100kHz超声波处理10～1000min后，在20～200℃下反应1～20hr，抽滤，洗涤后，0～180℃真空干燥，得到表面带有引发基团的碳纳米管；步骤(e)：加入0.01～1重量份催化剂、0.01～5重量份配体，再加入步骤(d)所得的表面带有引发基团的碳纳米管1重量份，溶剂0～50重量份，密封后充Ar或N2 1～100min，加入含双键亲油性单体0.01～80重量份，继续充氮气或氩气1～100min，在0～150℃下反应0.01～1000hr，粘度有明显增加后，停止反应，在不良溶剂中沉淀，将所得沉淀重溶于良溶剂，抽滤，洗涤，0～180℃真空干燥，得到单段亲油性高分子接枝的碳纳米管；其中催化剂选自氯化亚铜、溴化亚铜、氯化亚铁、溴化亚铁、钼酸锂、碘化氧化二(三苯基磷基)铼、氯化亚钉、溴化氮氰镍或醋酸铅；配体选自2-联吡啶、四甲基乙二胺、五甲基-二乙基三胺、六甲基-三乙基四胺、乙二酸、丙二酸、丁二酸、邻苯二甲酸、三苯基膦或三正丁基膦；溶剂选自二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、乙腈、丙醇、乙醇、甲醇或其混合溶剂；含双键亲油性单体选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸戊酯、丙烯酸己酯、丙烯酸庚酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸戊酯、甲基丙烯酸己酯、甲基丙烯酸庚酯或苯乙烯；步骤(f)：加入0.01～1重量份催化剂、0.01～5重量份配体，再加入步骤(e)得到的单段亲油性高分子接枝的碳纳米管1重量份，溶剂0～50重量份，密封后充Ar或N2 1～100min，加入丙烯酸特丁酯或甲基丙烯酸特丁酯单体0.01～80重量份，继续充氮气或氩气1～100min，在0～150℃下反应0.01～1000hr，粘度有明显增加后，停止反应，在不良溶剂中沉淀，将所得沉淀重溶于良溶剂，抽滤，洗涤，0～180℃真空干燥，得到以碳纳米管为核，两嵌段聚合物为壳层的核壳型碳纳米管；其中催化剂选自氯化亚铜、溴化亚铜、氯化亚铁、溴化亚铁、钼酸锂、碘化氧化二(三苯基磷基)铼、氯化亚钌、溴化氮氰镍或醋酸铅；配体选自2-联吡啶、四甲基乙二胺、五甲基-二乙基三胺、六甲基-三乙基四胺、乙二酸、丙二酸、丁二酸、邻苯二甲酸、三苯基膦或三正丁基膦；溶剂选自二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、氯仿、二氯甲烷、二氯乙烷、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮、丁酮、乙腈、丙醇、乙醇、甲醇或其混合溶剂；步骤(g)：加入步骤(f)所得以碳纳米管为核，两嵌段聚合物为壳层的核壳型碳纳米管1重量份，溶剂0.01～100重量份，催化剂0.01～100重量份，密闭后在0～100℃下反应0.01～1000hr，将溶剂以及催化剂除去，得到核-壳型亲油-亲水碳纳米管；其中催化剂选自盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、三氟乙酸或其混合物；溶剂选自水、甲醇、乙醇、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮、乙腈、丁酮、三乙胺、吡啶、二甲胺基吡啶或其混合溶剂。