聚合物接枝碳納米管在聚合物基納米復合材料中的分散與定位.pdf

1、碳納米管是一種新型的一維納米材料，由于其具有力學、電學和熱學性能的獨特組合，被認為是傳統(tǒng)納米填充材料的替代或補充，是制備多功能聚合物基納米復合材料的理想添加相。但是，由于具有很高的表面自由能和很大的長徑比，碳納米管極易發(fā)生團聚，難以分散在溶劑和基體材料中，使得它在復合材料中的廣泛應用受到了限制。通過在碳納米管表面接枝聚合物是改善其分散性的有效方法之一。
　　 可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合不僅可以實現(xiàn)眾多單體的活性自由基聚

2、合，合成窄分子量分布聚合物，還能設(shè)計和合成具有復雜拓撲結(jié)構(gòu)的聚合物，如嵌段，星型和梳型聚合物等。其中，線性兩嵌段共聚物合成方法簡單，其聚合物鏈可以自發(fā)聚集形成納米尺度的、周期性的層狀、柱狀、球形或互穿網(wǎng)絡(luò)微相分離聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。本文擬通過調(diào)控納米微相分離結(jié)構(gòu)各相與碳納米管之間的相互作用，實現(xiàn)碳納米管在納米多相聚合物材料基體中的分散和定位，主要結(jié)果包括：
　　 (1)以二硫代苯甲酸苯乙基酯(CDB)為鏈轉(zhuǎn)移劑，通過可逆加成斷鏈鏈轉(zhuǎn)移(

3、RAFT)聚合得到了組成不同的苯乙烯-4-乙烯基吡啶嵌段共聚物(PS-b-P4VP)，并對聚合反應動力學和產(chǎn)物分子量的可控性進行了研究。該反應具有明顯的活性特征，得到的嵌段共聚物分子量分布較窄。用透射電鏡(TEM)觀察嵌段共聚物的本體相形態(tài)，發(fā)現(xiàn)其呈現(xiàn)出規(guī)整的周期性微納結(jié)構(gòu)。隨著嵌段組成的不同，分別觀察到周期尺寸在幾十納米的層狀和柱狀結(jié)構(gòu)。
　　 (2)通過表面引發(fā)的ATRP聚合，制備了接枝含量從66.2％到78.4％的一個系列

4、的聚甲基丙烯酸叔丁酯接枝的單壁碳納米管(SWNT-g-PtBMA)。在三氟乙酸的催化下，將碳納米管表面的聚甲基丙烯酸叔丁酯水解為聚甲基丙烯酸，制備了聚甲基丙烯酸接枝的單壁碳納米管(SWNT-g-PMAA)。采用FT-IR對SWNT-g—PtBMA和SWNT-g—PMAA進行了表征，證實了其結(jié)構(gòu)。采用TEM觀察SWNT-g—PtBMA的形貌，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)SWNT-g-PtBMA形成了具有“核/殼”結(jié)構(gòu)的納米團聚體。對SWNT-g-PtBMA

5、和SWNT-g-PMAA在溶劑中的分散穩(wěn)定性進行測試，發(fā)現(xiàn)SWNT-g-PtBMA在THF和CH2Cl2中具有較好的分散穩(wěn)定性，而SWNT-g-PMAA在水中具有較好的分散穩(wěn)定性。
　　 (3)采用原位聚合法、溶液共混法和快速沉淀法分別制備了SWNT-g-PtBMA/PtBMA的納米復合物。對其進行DSC表征，結(jié)果表明，相比較未經(jīng)表面改性的SWNTs，表面接枝PtBMA的SWNTs與聚合物基體具有更好的相容性。經(jīng)TEM觀察得到，

6、SWNT-g—PtBMA能夠以納米尺度的團聚體較均勻的分散在聚合物基體中。
　　 (4)采用溶液共混法制備了SWNT-g-PMAA/PS-b—P4VP的納米復合物。通過TEM照片觀察復合物的形貌特征以及SWNT-g-PMAA在基體聚合物中的分散和分布情況。結(jié)果顯示，PMAA接枝的SWNTs能夠優(yōu)先定位于PS-b-P4VP的P4VP相區(qū)中，同時SWNT-g-PMAA的加入破壞了PS-b-P4VP嵌段共聚物的層狀微相分離結(jié)構(gòu)的規(guī)整性