原位聚合法合成多功能碳纳米管复合材料研究进展

2016-03-19陈前赫李岳姝王艳玲

高师理科学刊 2016年4期

关键词：聚苯胺接枝碳纳米管

陈前赫，李岳姝，王艳玲

陈前赫，李岳姝，王艳玲

（黑龙江工业学院环境工程系，黑龙江鸡西158100）

原位聚合法是合成碳纳米管的重要方法之一，目前已经被广泛研究．总结了近年来国内外的研究进展，并对原位聚合法的发展前景进行了展望．

碳纳米管；复合材料；原位聚合

碳纳米管不仅具有优异的力学、电学和化学性能，其六角形网络结构存在弯曲，形成了空间拓扑结构，表面具有高离域化的大键．这种结构导致碳纳米管表面结合一定的官能团[1]，使其具有更广泛的应用．目前，常见的碳纳米管复合材料制备方法有共混法、接枝法和原位聚合法等．原位聚合法是经预处理碳纳米管，使其表面带有羧基和羟基，超声分散均匀后合成单体，再引发单体原位聚合，制备具有功能性的复合材料．1

1原位聚合法合成碳纳米管复合材料性能研究

由于碳纳米管性能稳定，不易反应，通常对其表面进行预处理．陈思[2]以温度、回流时间和酸化条件作为因素进行正交实验，分别加入浓硫酸和浓硝酸，酸化处理碳纳米管使其表面带有大量羧基和羟基．采用原位聚合法合成聚己二酸-1，3丙二醇酯-羟基碳纳米管，分析了影响缩聚产物的因素．结果表明，以0.3%质量分数的正丁酯作为催化剂，可以得到结晶度最大的缩聚产物．卢志华[3]等采用酸化法处理多壁碳纳米管，利用原位聚合法制备碳纳米管/羟基磷灰石复合粉体．结果表明，所得粉体中仅有碳管和羟基磷灰石2种物相，并能均匀吸附在碳纳米管表面，形成了较强的界面结合．李海芳[4]等采用1-（3-二甲基氨基丙基）-3-乙基碳二亚胺（EDC）和N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）作为交联剂，利用硅烷氨基处理的磁性Fe3O4纳米粒子与羟基化的单壁碳纳米管进行反应，合成了具有很好分散固相的萃取剂，其可以应用于奶制品香兰素添加剂样品的前处理富集材料．赵晓峰[5]等先将苯胺单体接枝到碳纳米管表面后，利用原位聚合法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料．结果表明，聚合方式是邻位聚合，且复合材料的比容量达到了152 F/g（有机电解液），电性能明显提高，可被广泛应用．谭富增[6]等通过缩聚己二醇和2，2-二羟甲基丙酸，制备了水溶性端羟基超支化聚酯，通过酰氯化法合成复合材料．结果表明，复合材料的相对分子质量分布较窄，改性的碳纳米管复合材料在有机溶剂中的溶解性明显提高．马金[7]等先将碳纳米管处理，得到羟基改性的碳纳米管，利用原位聚合法合成碳纳米管/聚脲纳米复合材料，碳纳米管以共价键连接到端异氰酸根预聚物，随着碳纳米管含量的增加，碳纳米管/聚脲纳米复合材料的凝胶含量和拉伸强度有显著提高．赵晓峰[8]等先将苯胺单体接枝到碳纳米管表面后，利用原位聚合法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料．结果表明，聚合方式是邻位聚合，且复合材料的比容量达到了152 F/g（有机电解液），电性能明显提高，可被广泛应用．

2展望

原位聚合法是目前改性碳纳米管复合材料的主要研究方法之一，其通过对碳纳米管表面特性的改善，提高了其反应能力，并促进不同聚合物的分散性和相容性，使其与碳纳米管的相互作用力得到增强，改善了整体性能，为实现碳纳米管的功能化和增加应用领域提供重要途径．然而，在改善复合材料整体性能方面，仍有以下问题：（1）如何进一步改善碳纳米管的团聚现象；（2）如何提高碳纳米管与聚合物之间的相容性；（3）碳纳米管的加入对高聚物的影响因素．

因此，深入研究碳纳米管改性反应机理，进一步研究聚合物与碳纳米管之间的相互作用及影响因素，实现多种材料的复合及工业化生产都是急需解决的重要课题．碳纳米管作为新世纪最有前途的研究材料之一，已经成为科学研究的焦点．

[1] 刘丹，张锦．单壁碳纳米管的分离方法[J]．科学通报，2014，59（33）：3240-3263

[2] 陈思．碳纳米管的功能化处理及聚己二酸-1，3-丙二醇酯-羟基碳纳米管共聚物的制备及性能研究[J]．材料导报，2012，26（20）：64-68

[3] 卢志华，孙康宁，赵中帆，等．原位合成制备碳纳米管/羟基磷灰石复合粉体[J]．硅酸盐学报，2007，35（2）：212-215

[4] 李海芳，杨红云，张英，等．四氧化三铁/单壁碳纳米管磁性复合纳米粒子分散固相微萃取——高效液相色谱法测定牛奶中的香精添加剂[J]．色谱，2014，32（4）：413-418

[5] 赵晓峰，江奇，郭亚楠，等．有机化学合成法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料[J]．无机化学学报，2010，25（1）：91-95

[6] 谭富增，陆绍荣，曾芩，等．端羟基超支化聚酯接枝碳纳米管的合成与表征[J]．化工新型材料，2015，43（3）：123-125

[7] 马金，高新田，吴伟峰，等．碳纳米管/聚脲纳米复合材料的制备和性能[J]．涂料工业，2010，40（11）：24-26

[8] 赵晓峰，江奇，郭亚楠，等．有机化学合成法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料[J]．无机化学学报，2010，25（1）：91-95

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.04.011

2016-02-12

黑龙江省自然科学基金项目（E201463）