含硅交聯(lián)基團(tuán)聚合物表面改性多壁碳納米管研究.pdf

1、碳納米管作為一種結(jié)構(gòu)獨特、性能優(yōu)異的新型納米材料，在復(fù)合材料、納米器件等方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于碳納米管的強(qiáng)疏水性，使得其很難分散于幾乎所有的溶劑中，因此預(yù)先對碳納米管進(jìn)行表面改性成為一項非常重要的工序。 本文以多壁碳納米管為基體，分別用共價與非共價兩種不同方式，對其表面進(jìn)行聚合物修飾，并且進(jìn)一步得到了交聯(lián)型有機(jī)/無機(jī)雜化網(wǎng)絡(luò)表面改性的碳納米管。工作主要分為兩個部分： (1)以多壁碳納米管為原料，通過功能基

2、化反應(yīng)，在其表面生成引發(fā)基團(tuán)。然后利用原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法，將單體γ-(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(TMSPMA)在碳納米管的表面引發(fā)聚合，并且通過調(diào)整單體/引發(fā)劑的比例，得到了一系列不同聚合物含量的MWNT-PSMA復(fù)合材料。產(chǎn)物在有機(jī)溶劑中的分散性的大幅提升，從表觀上證實聚合反應(yīng)對碳納米管進(jìn)行了有效的表面改性。TG、IR、TEM、SEM等方法對其熱穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)形態(tài)等進(jìn)行表征，確定了聚合物在碳納米管表面的生長。 在弱

3、堿的環(huán)境下，對MWNT-PSMA中聚合物結(jié)構(gòu)單元上所含有的三甲氧基硅烷基團(tuán)分別進(jìn)行自水解、與正硅酸乙酯(TEOS)的共水解反應(yīng)。經(jīng)TG表征發(fā)現(xiàn)，表面具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的MWNT-crlk-PSMA與cohydro-MPT中碳納米管的熱分解溫度分別比MWNT-PSMA提高了140℃和190℃；紅外的表征也分別證實了交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成。 (2)利用3-胺丙基三乙氧基硅烷(APTES)與碳納米管外壁之間相互的物理吸附作用，將APTES在酸性條件

4、下在碳納米管表面進(jìn)行水解交聯(lián)，形成聚硅氧烷層。并在不同的反應(yīng)時間對產(chǎn)物進(jìn)行TEM和TG表征，證實了交聯(lián)層的形成，論文進(jìn)一步探討了交聯(lián)反應(yīng)的歷程。由于APTES本身所含有的氨基以及水解后生成了大量的羥基，可以將得到的產(chǎn)物MWNT-psi與2-溴代異丁酰溴反應(yīng)，在其表面生成ATRP引發(fā)基團(tuán)。進(jìn)而引發(fā)TMSPMA的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，通過調(diào)整單體/引發(fā)基團(tuán)的摩爾比，得到了不同聚合物含量的碳納米管復(fù)合材料MWNT-psi-PSMA，以TG、TE