控制碳纳米管聚集体的堆积密度的方法技术

提供的是一种使得在碳纳米管聚集体的生产中控制堆积密度的方法。根据本发明专利技术能够很容易地控制束型碳纳米管聚集体的堆积密度，并且因此能够在各种领域中有效地使用。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】控制碳纳米管聚集体的堆积密度的方法
本专利技术涉及一种生产碳纳米管聚集体的方法，并且更具体的涉及一种生产具有可控堆积密度的束型碳纳米管聚集体的方法。
技术介绍
具有各种形状的纳米尺寸的碳结构，如纳米管、纳米绒毛、富勒烯、纳米锥、纳米角和纳米棒统称为碳纳米结构(CNSs)。由于碳纳米结构具有优异的特性，它们能够广泛用于各种技术应用。特别地，碳纳米管(CNTs)是由以六边形排列的碳原子组成的管型材料，并且具有大约1至100nm的直径。碳纳米管依据它们的固有手性而显示出绝缘性、导电性或半导体性能。碳纳米管具有其中碳原子彼此牢固地共价结合的结构。由于该结构，碳纳米管具有大约100倍于钢的拉伸强度，是高度挠曲性和弹性的，并且是化学稳定的。碳纳米管分为三种类型：由单片组成并具有大约1nm的直径的单壁碳纳米管(SWCNTs)；由两片组成并具有大约1.4至大约3nm的直径的双壁碳纳米管(DWCNTs)；以及由三片或更多片组成并具有大约5至大约100nm的直径的多壁碳纳米管(MWCNTs)。由于其高化学稳定性、挠曲性和弹性，人们正在研究碳纳米管以用于它们在各种工业领域(例如，航空航天、燃料电池、复合材料、生物技术、制药、电学/电子和半导体工业)中的商业化和应用。但是，由于它的一级结构，碳纳米管在将直径和长度直接控制到用于实际使用的工业适用的尺寸具有局限。因此，尽管碳纳米管的优异的物理性能，但其工业应用和使用仍受到限制。碳纳米管通常通过各种技术，如，电弧放电、激光消融和化学气相沉积来生产。但是，电弧放电和激光消融不适合于碳纳米管的大量生产并且需要高的电弧生产成本或昂贵的激光设备。使用气相沉积催化剂的化学气相沉积具有合成速率极低和最终碳纳米管颗粒的尺寸过小的问题。使用底物负载型催化剂的化学气相沉积在反应器空间的利用上效率极低，因此不适合于碳纳米管的大量生产。因此，目前正在进行化学气相沉积的催化剂和反应条件的研究以增加碳纳米管的产量。催化剂的催化活性组分通常接受氧化物、部分或全部还原的产物或氢氧化物的形式。所述催化剂可以是，例如，通常能够用于碳纳米管生产的负载型催化剂或共沉淀催化剂。由于以下原因优选使用负载型催化剂：负载型催化剂比共沉淀催化剂具有更高的固有堆积密度；不同于共沉淀催化剂，负载型催化剂产生少量的10微米以下尺寸的精细粉末，其降低在流化期间由于摩擦而出现精细粉末的可能性；并且负载型催化剂的高机械强度有效地稳定了反应器的运行。特别地，堆积密度为恒定水平的碳纳米管有利于使用流化床反应器的碳纳米管聚集体的生产。具有小直径的束型碳纳米管有必要存在，并且在与聚合物混炼期间容易分散在聚合物中并容易与聚合物混溶，因此适用于具有改善的物理性能的复合材料的制造。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供一种用于高产量生产具有可控的堆积密度的碳纳米管聚集体的方法，其中，所述碳纳米管具有在与聚合物混炼期间促进在聚合物中的分散并促进与聚合物混合的束型结构。本专利技术的另一个目的是提供一种包含由所述方法生产的碳纳米管聚集体的复合材料。技术方案本专利技术的一方面提供一种生产碳纳米管聚集体的方法，其包括在100℃至500℃的初次煅烧温度下煅烧氢氧化铝来形成载体，在所述载体上负载催化金属前体，在100℃至800℃的二次煅烧温度下煅烧含有催化剂的载体来获得负载型催化剂，以及在加热的情况下使所述负载型催化剂与含碳化合物接触来与彼此反应，其中，控制所述初次煅烧温度、所述二次煅烧温度、负载的催化剂的量或所述反应时间以使所述碳纳米管聚集体具有10kg/m3以上的堆积密度。本专利技术的另外的方面提供由所述方法生产的碳纳米管聚集体。本专利技术的另一个方面提供一种包含由所述方法生产的碳纳米管聚集体的复合材料。有益效果本专利技术的方法可以生产出使容易分散在其他物质中并容易与其他物质混溶且堆积密度是可控的束型碳纳米管聚集体。因此，可以使用所述束型碳纳米管聚集体以制造具有改善的物理性能的复合材料。因此，所述碳纳米管聚集体适用于各种领域，如，能源材料、功能性复合物、药物、电池、半导体、显示装置和它们的制造方法。附图说明图1和2各自为显示随着改变在所述碳纳米管聚集体中催化金属的含量，实施例3和4中生产的碳纳米管聚集体的堆积密度的变化的图。图3和4各自为显示随着改变每摩尔有机酸的催化金属的摩尔数，实施例5中生产的碳纳米管聚集体的堆积密度的变化的图。图5显示实施例1中生产的碳纳米管聚集体的SEM图像。图6为显示实施例2中随着改变煅烧温度，碳纳米管聚集体的堆积密度的变化的图。图7和9分别为显示随着改变在所述碳纳米管聚集体中催化金属的含量，实施例3和4中生产的碳纳米管聚集体的堆积密度的变化的图。图8和10分别为实施例3和4中生产的碳纳米管聚集体的SEM图像。图11为显示随着改变相对于有机酸的催化金属的含量，实施例5中生产的碳纳米管聚集体的堆积密度的变化的图。图12显示实施例5中生产的束型碳纳米管聚集体的SEM图像。图13为显示含有实施例6中生产的碳纳米管聚集体的聚合化合物的表面电阻的图。具体实施方式现在将详细描述本专利技术。本专利技术提供一种生产碳纳米管聚集体的方法，其包括在100℃至500℃的初次煅烧温度下煅烧氢氧化铝来形成载体，在所述载体上负载催化金属前体，在100℃至800℃的二次煅烧温度下煅烧含有催化剂的载体来获得负载型催化剂，以及在加热的情况下使所述负载型催化剂与含碳化合物接触来与彼此反应，其中，控制所述初次煅烧温度、所述二次煅烧温度、负载的催化剂的量或所述反应时间以使所述碳纳米管聚集体具有10kg/m3以上的堆积密度。根据一个实施方式，所述碳纳米管聚集体可具有100kg/m3以下的堆积密度。根据一个实施方式，所述碳纳米管聚集体的至少一部分可以是束型的。根据一个实施方式，所述二次煅烧温度可以比所述初次煅烧温度高200至400℃。根据一个实施方式，所述初次煅烧温度可为300至500℃，并且所述二次煅烧温度可为550至800℃。根据一个实施方式，所述催化金属可包含Fe、Co、Mo、V或者它们的两种以上的组合。根据一个实施方式，所述碳纳米管聚集体的堆积密度可随二次煅烧温度增加而增加直到675℃，并且此后可随二次煅烧温度的增加而降低。根据一个实施方式，基于所述催化剂的总重量，所述催化金属可以以5至30重量％的量存在。根据一个实施方式，所述催化金属的含量(x1)和所述碳纳米管聚集体的堆积密度(y)满足由以下等式给出的关系：[式1]y＝a1x1+b1(1)其中，y表示所述堆积密度(kg/m3)，x1表示相对于所述催化剂的总重量的催化金属的含量并且为10至30wt％，a1是由所述反应时间决定的常数并且为4至6.5，并且b1是由所述反应时间决定的常数并且为-15至-40。根据一个实施方式，所述碳纳米管聚集体的堆积密度相对于与含碳化合物的反应的时间(hr)可成比例地增加1.2至1.5倍。根据一个实施方式，可以相对于用于制备负载型催化剂的催化金属以5:1至30:1的摩尔比加入有机酸，并且所述碳纳米管聚集体的堆积密度可以通过改变加入的有机酸的量来控制。根据一个实施方式，每摩尔有机酸的催化金属的摩尔数(x2)和所述碳纳米管聚集体的堆积密度(y)可满足由以下等式给出的关系：[式2]y＝a2x2+b2(2)其中，y本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产碳纳米管聚集体的方法，其包括在100℃至500℃的初次煅烧温度下煅烧氢氧化铝来形成载体，在所述载体上负载催化金属前体，在100℃至800℃的二次煅烧温度下煅烧含有催化剂的载体来获得负载型催化剂，以及在加热的情况下使所述负载型催化剂与含碳化合物接触来与彼此反应，其中，控制所述初次煅烧温度、所述二次煅烧温度、负载的催化剂的量或所述反应时间以使所述碳纳米管聚集体具有10kg/m3以上的堆积密度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.30 KR 10-2013-0116963;2014.06.16 KR 10-2011.一种生产碳纳米管聚集体的方法，其包括在初次煅烧温度下煅烧氢氧化铝来形成载体，在所述载体上负载催化金属前体，在二次煅烧温度下煅烧含有催化剂的载体来获得负载型催化剂，以及在加热的情况下使所述负载型催化剂与含碳化合物接触来与彼此反应，其特征在于，控制所述初次煅烧温度、所述二次煅烧温度、负载的催化剂的量或所述反应时间以使所述碳纳米管聚集体具有10kg/m3以上的堆积密度，其中，所述碳纳米管聚集体的至少一部分是束型的，其中，所述二次煅烧温度比所述初次煅烧温度高200至400°C，其中，所述初次煅烧温度为300至500°C，并且所述二次煅烧温度为550至800°C，其中，相对于用于制备负载型催化剂的催化金属以5:1至30:1的摩尔比加入有机酸，并且所述碳纳米管聚集体的堆积密度通过改变加入的有机酸的量来控制。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述碳纳米管聚集体具有100kg/m3以下的堆积密度。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述催化金属包含Fe、Co、Mo、V或者它们的两种以...

【专利技术属性】
技术研发人员：金成真，孙承用，曹东铉，姜京延，车振名，禹知希，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR