專利名稱：一種提高機械研磨截斷碳納米管效率的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高截斷碳納米管效率的方法，特別涉及提高利用機械研磨截斷碳納米 管的工作效率，降低能耗的方法。
背景技術：
碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。由于碳納米管中 碳原子采取SP2雜化，相比SP3雜化，SP2雜化中S軌道成分比較大，使碳納米管具有許多 特殊的力學、電學和化學性能，有望在納米器件、場發射顯示器、儲能材料、生物分子載體、 導電涂料、吸波涂料(隱身材料)等領域得到應用。碳納米管徑向尺寸為納米量級，軸向尺 寸為微米量級，極易因范德華力等因素相互纏繞聚集成團，很難與其它材料混合均勻，從而 限制了在上述領域中的應用，必須將其截斷。截斷碳納米管的方法有很多，如氧化酸處理、 超聲處理、熱分解、機械研磨等。對于而言，機械研磨是成本最低、最具操作性好的一種方 法。專利CN101293647A將橡膠與碳納米管放在混煉設備上進行混煉，在強剪切作用使碳納 米管截短，然后在適當的溶劑或者在惰性氣體氛下加熱將橡膠除去，得到截短的碳納米管。專 利CN1696053A將碳納米管加到一定粘度的聚合物熔體中，然后在具有線接觸研磨特征的研 磨裝置中使碳納米管均勻分散到聚合物中，在機械摩擦力和聚合物熔體內的層間剪切力等作 用下將碳納米管截斷，去掉所用聚合物即可得到截短的碳納米管。
粉體在超細粉碎過程中，由于沖擊、摩擦及粒徑的減小，微粉的表面積累了大量的正電 荷或負電荷，這些帶電粒子極不穩定，為了趨于穩定，它們相互吸引，使顆粒產生團聚，在 這一過程中主要作用力是靜電庫侖力。其次，在粉碎過程中，粉體吸收了大量的機械能和熱 能，因而使微粉表面具有相當高的表面能，這些微粉為了降低表面能，趨于穩定狀態，會通 過相互聚集靠攏而達到穩定狀態，因此產生團聚現象。當粉體超細化到一定粒徑以下時，顆 粒間的距離極短，顆粒之間的范德華引力遠遠大于顆粒自身的重力，微粉顆粒也會相互吸引 而產生團聚，解決微粉團聚問題最有效的方法是對其表面進行改性處理。機械研磨法截短碳 納米管的過程中，同樣會因表面積累的同種電荷及高的表面能而聚集成團，降低了截短碳納 米管的效率。

發明內容
本發明目的是提出一種提高機械研磨截斷碳納米管效i的方法，本發明的根本目在于， 通過在機械研磨過程中添加有機表改性劑，使碳納米管表面附著一層有機物，在降低碳納米 管表面自由能的同時，通過碳納米管表面附著有機物同種電荷相互排斥或位阻效應，降低碳 納米管聚集成團的機率，從而提高截斷效率，降低能能耗。
本發明的目的是通過下述技術方案實現的，在機械研磨碳納米管前加入，或在研磨過程 中加入，或研磨前加入部分研磨過程中再加入部分有機表改性劑，在碳納米管表面附著一層 有機物，降低碳納米管表面自由能的同時，通過碳納米管表面附著有機物同種電荷相互排斥 或位阻效應，降低碳納米管聚集成團的機率，從而提高截斷效率，降低能能耗。
所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和多壁碳納米管等；有機研磨介質為高分 子聚合物、橡膠中的一種或幾種混合物，極端情況下可不含有機研磨介質，研磨截設備為點 接觸或線接觸的研磨設備。
所述有機表改性劑為季銨鹽、具有顏料親合基團的共聚物溶液等潤濕分散劑及硅、鈦、 鋁、鋯、硼等元素的有機化合物中的一種或幾種的混合物。
所述硅、鈦、鋁、鋯、硼元素的有機化合物，有機硅化合物為含氨乙基、氨丙基、乙烯 基、氯丙基、巰丙基等有機官能團的硅烷偶聯劑，有機鈦化合物為包括單烷氧基、螯合型、 配位型的鈦酸酯偶聯劑，有機鋁化合物為鋁酸酯偶聯劑，有機鋯化合物為鋯酸酯偶聯劑，有 機硼化合物為硼酸酯偶聯劑。
所述有機改性劑可在研磨前加入，在研磨過程中加入，研磨前加入部分研磨過程中再加 入部分，添加量為碳納米管質量的0.1%至100%。
機械研磨截斷碳納米管效率的提高可以通過研磨實驗進行鑒定，在同等條件下進行機械 研磨實驗，對比研磨后，有機溶劑溶解物不可過濾殘余物的重量，考核碳納米管的截斷效果。
具體實施例方式
下面結合具休實施事例，進一步闡述本發明。應理解為，這些實施例僅用于說明本發明 而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人 員可以對本發明做出的各種改動或修改，這些等價形式仍屬于本發明申請所附權利要求書所
限定的范圍。 實施例1
將20克多壁碳納米管與80克上海樹脂廠E51環氧，外加5克上海長風化工廠DA-168 碳黑分散劑混合均勻，放至S65三輥研磨機上反復研磨20分鐘，用200毫升二甲苯溶解并用800目銅絲布過濾，濾餅用二甲苯清洗三次，取出濾餅并烘干稱重。與同等工藝條件下未加 DA-168碳黑分散劑研磨物相比，前者濾餅重量僅為后者的10%。 實施例2
將20克單壁碳納米管與80克上海樹脂廠E51環氧，外加5克上海長風化工廠DA-168 碳黑分散劑混合均勻，放至S65三輥研磨機上反復研磨20分鐘，用200毫升二甲苯溶解并用 800目銅絲布過濾，濾餅用二甲苯清洗三次，取出濾餅并烘干稱重。與同等工藝條件下未加 DA-168碳黑分散劑研磨物相比，前者濾餅重量僅為后者的15%。
權利要求
1.一種提高機械研磨截斷碳納米管效率的方法，其特征在于機械研磨法截斷碳納米管的過程中，添加有機表改性劑可提高截斷效率，減少能源消耗。
2. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管和 多壁碳納米管等。
3. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述機械研磨截斷碳納米管，所用有機研磨介質 為高分子聚合物、橡膠中的一種或幾種混合物，極端情況下可不含有機研磨介質。
4. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述機械研磨截斷碳納米管，所用設備為點接 觸或線接觸的研磨設備。
5. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述機械研磨截斷碳納米管，所用有機表改性劑 為潤濕分散劑，硅、鈦、鋁、鋯、硼等元素的有機化合物中的一種或幾種的混合物。
6. 如權利要求5所述的方法，其特征是所述潤濕分散劑為季銨鹽、具有顏料親合基團 的共聚物溶液的一種或幾種。
7. 如權利要求5所述的方法，其特征是所述硅、鈦、鋁、鋯、硼元素的有機化合物，有 機硅化合物為含氨乙基、氨丙基、乙烯基、氯丙基、巰丙基等有機官能團的硅垸偶聯劑，有 機鈦化合物為包括單烷氧基、螯合型、配位型的鈦酸酯偶聯劑，有機鋁化合物為鋁酸酯偶聯 劑，有機鋯化合物為鋯酸酯偶聯劑，有機硼化合物為硼酸酯偶聯劑。
8. 如權利要求l所述的方法，其特征是所述有機改性劑添加量為碳納米管質量的0.1% 至100%。
9. 如權利要求1所述的方法，其特征是所述機有機表改性劑可在研磨前加入，在研磨過 程中加入，研磨前加入部分研磨過程中再剩余加入部分。
全文摘要
本發明公開了一種提高機械研磨截斷碳納米管效率的方法，在機械研磨法截斷碳納米管的過程中，添加有機表面改性劑使碳納米管表面附著一層有機物，在降低碳納米管表面自由能的同時，通過碳納米管表面附著有機物同種電荷相互排斥或位阻效應，降低碳納米管聚集成團的機率，從而提高截斷效率，減少能源消耗。有機表改性劑為潤濕分散劑，硅、鈦、鋁、鋯、硼等元素的有機化合物中的一種或幾種的混合物，添加量為碳納米管質量的0.1％至100％。
文檔編號B02C23/06GK101607224SQ20091009471
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月13日 優先權日2009年7月13日
發明者劉晉榮 申請人:劉晉榮