碳纳米管在离子液体中作为有机材料改良剂
专利汇可以提供碳纳米管在离子液体中作为有机材料改良剂专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及 碳 纳米管 在 离子液体 中作为材料改良剂。具体使用方法是在离子液体作为 溶剂 、促进剂或反应物的材料制备过程中，根据制备过程或产品的要求，加入一定量的 碳纳米管 ，并使碳纳米管分散于体系中，以提高材料或产品的物理、化学、 力 学、电学、光学等性能。该方法的主要特点是采用了离子液体，提高了反应环保性，且具有高反应转化率和高选择性，同时，碳纳米管用量可根据要求人为控制，过程简单易行，工业应用前景广阔。，下面是碳纳米管在离子液体中作为有机材料改良剂专利的具体信息内容。
1、碳纳米管用作提高材料性能的改良剂，具体使用方法是在离子液体作为 溶剂、促进剂或反应物的材料制备过程中，根据制备过程或产品的要求， 加入一定量的碳纳米管，并使碳纳米管分散于体系中，以提高材料或产 品的物理、化学、力学、电学、光学等性能。
2、根据权利要求1所述，碳纳米管可以是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管， 可以是原始碳纳米管或修饰的碳纳米管，也可以是单壁碳纳米管和多壁 碳纳米管的混合物。
3、根据权利要求1所述，对所用碳纳米管的长度、直径、均一性、形状等 没有具体要求，用量也可根据需要任意调整。
4、根据权利要求1所述的离子液体，是由一种阳离子和一种阴离子或几种 阳离子和几种阴离子构成的离子化合物或混合物，其中，阳离子如：烷 基季铵离子[NR4]+、烷基季膦离子[PR4]+、烷基取代的咪唑离子如[bmim]+ 和[emim]+、烷基取代的吡啶离子[Rpy]+等，阴离子如：AlX4 -(X＝Cl、Br、 I)、BF4 -、PF6 -、TA-(CF3COO-)、HB-(C3F7COO-)、TfO-(CF3SO3 -)、NfO-(C4F9SO3 -)、 SbF6 -、AsF6 -、CB11H12 -(及其取代物)、CH3COO-、NO3 -、SO4 2-、NO2 -、Cl-、Br-、 I-等，但不限于上述的离子液体。
5、根据权利要求1所述，碳纳米管和离子液体构成的体系可以是均匀分布， 也可以是不均匀分布，形成的体系可以是液体，也可以是固体，如是固 体，则对其形态没有具体要求。
技术领域
本发明涉及在离子液体作为溶剂、促进剂或反应物的材料制备过程中，碳纳米 管用作改良剂，以提高材料或产品的物理、化学、力学、电学、光学等性能。
背景技术
离子液体(Ionic liquids)发现于1914年，但直到1992年，Wikes领导的研究 小组合成了低熔点、抗水解、稳定性强的1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体 ([emim]BF4)，随后又开发出了一系列性能优良的离子液体，才使得离子液体研究迅 速发展，现作为绿色溶剂用于有机及高分子合成倍受重视。离子液体与传统的有机 溶剂和电解质相比，具有一系列突出的优点：(1)几乎没有蒸汽压，不挥发；无 色、无臭；(2)具有较大的稳定温度范围，较好的化学稳定性及较宽的电化学稳定 电位窗口；(3)通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶 解性。
碳纳米管和离子液体分别的研究很多，然而把两者紧密结合起来进行的研究工 作在2003年才有相关报道，且数量极少，涉及领域也多为利用离子液体较好的化 学稳定性及较宽的电化学稳定电位窗口，在离子液体中加入碳纳米管进行体系电化 学方面研究。在离子液体作为溶剂、促进剂或反应物的材料制备过程中，碳纳米管 用作材料性能改良剂的研究还是个空白。
发明内容
该改良剂改良效果好，用量范围广，不变质，简单易行，工业应用前景广阔， 具体使用方法是在离子液体作为溶剂、促进剂或反应物的材料制备过程中，根据制 备过程或产品的要求，加入一定量的碳纳米管，并使碳纳米管分散于体系中，以提 高材料或产品的物理、化学、力学、电学或光学等性能。
本发明中使用的离子液体可以是由一种阳离子和一种阴离子、或几种阳离子和 几种阴离子构成的、在室温下或在反应状态下呈液态的任意离子化合物或混合物； 阳离子如：烷基季铵离子[NR4]+、烷基季膦离子[PR4]+、烷基取代的咪唑离子如 [bmim]+和[emim]+、烷基取代的吡啶离子[Rpy]+等，阴离子如：BF4 -、PF6 -、TA- (CF3COO-)、HB-(C3F7COO-)、TfO-(CF3SO3 -)、NfO-(C4F9SO3 -)、Tf2N- ((CF3SO2)2N)-、Beti-((C2F5SO2)2N-)、Tf3C-((CF3SO2 -)3C-)、SbF6 -、AsF6 -、 CB11H12 -(及其取代物)、CH3COO-、NO3 -、SO4 -、NO2 -等，离子液体可以与反应 物和产物形成均相或非均相体系。
本发明提出的碳纳米管改良剂，碳纳米管可以是单壁碳纳米管或多壁碳纳米 管，可以是原始的碳纳米管或修饰的碳纳米管，如表面带羧基、长链烷基的碳纳米 管，也可以是单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的混合物。
反应中所用的离子液体可根据要求从众多的离子液体中选择或有目的设计，碳 纳米管的用量可根据对产品的要求进行调整，例如将102mg(3.8wt％)单壁碳纳米 管加入到可聚合的离子液体[abmim]PF6[1-(4-acryloyloxybutyl)-3-methylimidazolium hexafluorophosphate]中，通过反应所得聚合物硬度是不加碳纳米管单独聚合所得聚 合物硬度的4倍。
本发明提出的碳纳米管改良剂在用于化合物的反应、分离、使用及保存等过程 中时，对反应、分离、使用及保存的条件没有具体要求。无论原始碳纳米管还是表 面修饰过的碳纳米管，其主体都是石墨状的碳碳结构，基本属于惰性组分，极少与 反应中的其他反应物及生成物发生反应，因此使用范围很广。
本发明提出的碳纳米管改良剂少量使用，便可大幅度改良生成材料或产品的性 能，且离子液体蒸汽压低、不易挥发、性质稳定、不易变质，如离子液体不参与反 应，还可通过分离继续循环使用，损失少、总成本低，因此工业化前景广阔。
具体实施方式：
本发明用以下实施例说明，但本发明并不限于下述实施例，在不脱离前后所述 宗旨的范围内，变化实施都包含在本发明的技术范围内。
实施例1
选用可聚合的离子液体(VyImBF4)，结构如下：
通过聚合反应得到产品：
实验(1)是在无改良剂(多壁碳纳米管)情况下直接聚合，实验(2)是在有 少量改良剂(多壁碳纳米管)参与下聚合，所得产品性能在20℃变化如表1：
表1 多壁碳纳米管对产品性能改良的效果 NO. 有机物 多壁碳管用量 (wt％) 拉伸强度(Mpa) 电导率(Scm-1) (1) 聚VyImBF4 0 9.2 2.0×10-9 (2) 聚VyImBF4 0.5 15.1 8.7×10-9
由表1可以看出，向聚合物中加入0.5％(质量比)的多壁碳纳米管，所得产 品的拉伸强度增加到原来的1.64倍，电导率增加到原来的4.35倍，效果明显。
实施例2
选用离子液体，结构如下：
其中，(1)，(2)，(3)，(4)分别通过烯烃聚合而得到相应的聚合物，在加入 改良剂(多壁碳纳米管)前后其拉伸强度和电导率在20℃时变化如表2：
表2 反应过程中加入改良剂的效果 NO. 改良剂 改良剂用量 (wt％) 拉伸强度(前/后) MPa 电导率(前/后) Scm-1 (1) 多壁碳纳米管 1.0 2.7/3.9 2.6×10-4/4.9×10-3 (2) 多壁碳纳米管 1.0 1.2/2.2 1.5×10-4/2.3×10-3 (3) 多壁碳纳米管 1.0 1.6/3.1 2.1×10-4/3.0×10-3 (4) 多壁碳纳米管 1.0 3.5/4.8 3.2×10-4/5.8×10-3
实施例3
选用离子液体，结构如下：
同实施例2，(1)，(2)，(3)分别通过烯烃聚合得相应的聚合物，在加入改良 剂(多壁碳纳米管)前后其拉伸强度和电导率在20℃时变化如表3：
表3 反应过程中加入改良剂的效果 NO. 改良剂 改良剂用量 (wt％) 拉伸强度(前/后) MPa 电导率(前/后) Scm-1 (1) 多壁碳纳米管 1.0 7.9/11.1 2.4×10-4/4.6×10-3 (2) 多壁碳纳米管 1.0 9.6/15.5 2.9×10-4/5.3×10-3 (3) 多壁碳纳米管 1.0 11.4/20.7 3.6×10-4/6.5×10-3
由表2和表3可以看出，在聚合过程中加入多壁碳纳米管都不同程度的提高了 所的产品的拉伸强度和电导率，得到了多功能的复合材料，扩大了该材料的应用范 围。
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