ATRP方法可控合成碳納米管-聚合物復(fù)合材料.pdf

1、眾所周知，碳納米管不僅具備優(yōu)異的性能，而且是聚合物納米復(fù)合材料的增強體。但是由于碳納米管在聚合物中難以分散并且碳納米管和聚合物基材之間相互作用力較差，限制了其作為聚合物納米復(fù)合材料的增強材料的應(yīng)用。碳納米管在聚合物中難以分散的本質(zhì)與傳統(tǒng)的填料（如球形粒子和碳纖維）不同，碳納米管具有很小的納米尺寸的高長徑比(＞1000)和極大的表面積，并且目前商業(yè)化所提供的碳納米管通常是嚴(yán)重的纏繞在一起的，導(dǎo)致了其分散的困難。碳納米管/聚合物納米復(fù)合材料

2、的性能主要取決于碳納米管在聚合物中分散性和碳納米管與聚合物之間相互作用力。通過對碳納米管表面進行功能化可有效改善上述問題，目前對碳納米管表面改性的方法有很多，按照活性分子和碳納米管上C原子間的相互作用力可分為化學(xué)改性法和物理改性法?；瘜W(xué)改性法是指將功能化基團通過共價鍵連接在碳納米管的碳骨架上，可以發(fā)生在碳納米管的末端或側(cè)壁，功能化基團的引入增加了碳納米管的化學(xué)反應(yīng)活性，增加了碳納米管和聚合物間的相互作用力;而物理改性則是讓其他含共軛體系

3、的化合物與碳納米管的離域π鍵的非共價結(jié)合，有機分子包覆或纏繞在碳納米管的表面。相比物理改性，化學(xué)改性所獲得功能化CNTs相互作用力更強。
　　本論文第一章首先簡要的介紹了碳納米管的結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用和功能化方法，重點介紹了活性聚合的幾種方法，其中以原子自由基轉(zhuǎn)移聚合（ATRP）為主，主要介紹了ATRP的聚合機理、研究現(xiàn)狀以及一系列優(yōu)化的ATRP的方法。
　　本論文第二章通過濃硝酸氧化多壁碳納米管，除去碳納米管中的無定形碳和雜質(zhì)

4、，并在碳納米管表面引入羥基和羧基活性官能團，接著進行酰氯化，乙二醇化和溴代異丁酰溴反應(yīng)，進而在碳納米管表面接枝ATRP引發(fā)劑，利用該ATRP引發(fā)劑引發(fā)甲基丙烯酸甲酯單體進行ATRP活性聚合，成功的在碳納米管表面接枝PMMA聚合物，并對接枝聚合物的碳納米管進行結(jié)構(gòu)表征并探究了改性前后的碳納米管在氯仿中分散性進行了探究。
　　本論文第三章主要是通過對多壁碳納米管的表面進行改性，首先經(jīng)過羧基化反應(yīng)，酰氯化反應(yīng)，羥基化反應(yīng)及與α-溴代異丁

5、酰溴反應(yīng)，制備出碳納米管ATRP引發(fā)劑，然后利用該引發(fā)劑引發(fā)苯乙烯單體進行活性聚合，制備出碳納米管/聚苯乙烯納米復(fù)合材料，產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)以FTIR、NMR和TGA等手段進行了表征，研究了復(fù)合材料的分散性和力學(xué)性能。接枝苯乙烯的碳納米管在有機溶劑的分散性得到很大的改善，可以很好的分散在有機溶劑中。具有超高機械性能的碳納米管填充到了聚合物基體中，使得該復(fù)合材料的強度的也得到很大的改善。
　　本論文第四章節(jié)采用的開環(huán)聚合和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合

6、法（ATRP）相結(jié)合的方法，將具有親水性、溫敏性的材料PNIPAM和具有疏水性、可降解的生物材料PCL接枝到了MWCNT表面，制備MWCNT/PCL-b-PNIPAM納米復(fù)合材料，通過葉紅外分析(FTIR)、拉曼光譜分析(RM)、熱重分析(TGA)、核磁共振分析(H1NMR)和透射電子顯微鏡(TEM)對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進行了相應(yīng)的表征，并考察了MWCNT/PCL-b-PNIPAM的結(jié)晶性能和在不同有機溶劑中的分散性能。結(jié)果表明，PCL-b-P