碳纳米管表面聚合物修饰及其性能的研究

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1、碳纳米管表面聚合物修饰及其性能的研究摘要由于碳纳米管具有独特的结构及其在力学、热学、电学等方面表现出的优异的性能，碳纳米管已成为是科学界研究的热点。然而其在溶剂中难溶及在聚合物基体中难于分散，因此有必要对其表面进行功能化，提高其溶解性，分散性和加工性能。本论文以多壁碳纳米管的有机共价修饰为主要内容，通过不同的合成方法，实现碳纳米管与聚合物的接枝，合成了结构明确的碳纳米管接枝聚合物，并利用红外光谱、透射电子显微镜、熟失重分析等测试方法对这些聚合物进行了详细的表征。1．采用混酸氧化法对碳纳米管进行化学处理，制

2、备了分散均匀的稳定的碳管悬浮液；再继续与氯化亚砜和乙二醇反应，引入了酰氯基团和羟基。结果表明，在碳管表面引入了活性基团，同时又能较好地保留碳管的原有性能。采用透射电镜和红外光谱对修饰的碳纳米管进行了表征，为进一步功能化和应用提供了可能。经溶解分散性实验测试，羧化和羟基化的碳纳米管在水中的分散性得到很大提高。2．利用引入羟基修饰的碳纳米管，合成碳纳米管接枝聚丙烯腈(MWNT-g-PAN)。首次采用带羟基的碳纳米管／四价铈离子组成氧化还原体系，自由基引发丙烯腈单体(A№聚合，生成接枝共聚物。通过红外光谱对产物

3、结构进行了表征，证明碳纳米管表面成功接枝聚丙烯腈。经测试，丙烯腈(PAN)修饰后的碳管在二甲基甲酰胺(DMF)中具有良好的溶解分散性，且十分稳定。．3．利用酸化的碳纳米管，采用脱水缩合方法分别与双羟基聚7_,--醇(PEG)、多羟基聚环氧乙烷与缩水甘油醚共聚物poly(EO-co．Gly)的羟基脱水缩合，在碳管表面接枝高分子聚合物。通过红外光谱、热失重分析等对产物进行了表征。并研究了碳管接枝聚乙二醇(MWNT．g．PEG)的非等温结晶性能，发现在碳纳米管接枝聚乙二醇中，碳管占主要成分时，阻碍聚合物链的结晶

4、，降低了聚乙二醇的结晶速率。4．先利用原子转移自由基(棚)方法，预聚合聚苯乙烯链，再利用接枝在碳纳米管上的氮氧自由基．两者进行自由基偶合，在碳纳米管表面接枝上聚苯乙烯链。利用红外光谱、核磁共振、热失重分析等方法对各步产物进行表征测试。根据热失重分析，估算出聚苯乙烯链(PS)接枝密度约为每972个碳原子一根聚合物链。并通过透射电镜观察了修饰后碳纳米管的表面形貌，确认聚合物接枝的成功。关键词：碳纳米管；聚合物修饰：氧化还原体系：自由基偶合CarbonNanotubesFunctionalizedwithPol

5、ymersandStudiesonTheirPropertiesAbstractnanotubeshavebeenanareaofintenseresearchduetoitsuniquestructuralandsuperiorpropertiesinnumerousareas，suchasmremarkablestrengthandhighthermalandelectricalconductivities．Nevertheless，theproblemofinsolubilityinsolvents

6、andprocessabilityduotostrongintertubeVanderWaalsattractionremainsaseverelimitationtotheextensiveuse．Thefunctionalizationofcarbonnanotubesisavitaltoolintailoringtheirproperitiesandengineeringdevices，andmanyeffortshavebeenundertaken、析t11respecttothisfunctio

7、nalization．Organiccovalentmodificationofcarbonnanotubesistheprimarycontentinthisthesis．Somenovelwell-definedgraftcopolymerwithcarbonnanotubesasthemainbackboneweresuccessfullypreparedthroughdifferentsynthesiswaysandwerecharacterizedbyFTIR,TEMandTGAetc．1．Th

8、echemicaloxidationinamixtureofconcentratedacidswasusedtomodifycarbonnanotubes(CNTs)．Aftertreatment，stablehomogeneousdispersionsofCNTswereprepared．Followingtheoxidationpretreatment,aeylchloridegroupswerein仃oduccdtoth