原位聚合法合成多功能碳納米管復(fù)合材料研究進(jìn)展

陳前赫，李岳姝，王艷玲

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原位聚合法合成多功能碳納米管復(fù)合材料研究進(jìn)展

陳前赫，李岳姝，王艷玲

（黑龍江工業(yè)學(xué)院 環(huán)境工程系，黑龍江 雞西158100）

原位聚合法是合成碳納米管的重要方法之一，目前已經(jīng)被廣泛研究．總結(jié)了近年來國內(nèi)外的研究進(jìn)展，并對原位聚合法的發(fā)展前景進(jìn)行了展望．

碳納米管；復(fù)合材料；原位聚合

碳納米管不僅具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能，其六角形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在彎曲，形成了空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，表面具有高離域化的大鍵．這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致碳納米管表面結(jié)合一定的官能團(tuán)[1]，使其具有更廣泛的應(yīng)用．目前，常見的碳納米管復(fù)合材料制備方法有共混法、接枝法和原位聚合法等．原位聚合法是經(jīng)預(yù)處理碳納米管，使其表面帶有羧基和羥基，超聲分散均勻后合成單體，再引發(fā)單體原位聚合，制備具有功能性的復(fù)合材料．1

1原位聚合法合成碳納米管復(fù)合材料性能研究

由于碳納米管性能穩(wěn)定，不易反應(yīng)，通常對其表面進(jìn)行預(yù)處理．陳思[2]以溫度、回流時間和酸化條件作為因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，分別加入濃硫酸和濃硝酸，酸化處理碳納米管使其表面帶有大量羧基和羥基．采用原位聚合法合成聚己二酸-1，3丙二醇酯-羥基碳納米管，分析了影響縮聚產(chǎn)物的因素．結(jié)果表明，以0.3%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的正丁酯作為催化劑，可以得到結(jié)晶度最大的縮聚產(chǎn)物．盧志華[3]等采用酸化法處理多壁碳納米管，利用原位聚合法制備碳納米管/羥基磷灰石復(fù)合粉體．結(jié)果表明，所得粉體中僅有碳管和羥基磷灰石2種物相，并能均勻吸附在碳納米管表面，形成了較強(qiáng)的界面結(jié)合．李海芳[4]等采用1-（3-二甲基氨基丙基）-3-乙基碳二亞胺（EDC）和N-羥基琥珀酰亞胺（NHS）作為交聯(lián)劑，利用硅烷氨基處理的磁性Fe3O4納米粒子與羥基化的單壁碳納米管進(jìn)行反應(yīng)，合成了具有很好分散固相的萃取劑，其可以應(yīng)用于奶制品香蘭素添加劑樣品的前處理富集材料．趙曉峰[5]等先將苯胺單體接枝到碳納米管表面后，利用原位聚合法制備碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料．結(jié)果表明，聚合方式是鄰位聚合，且復(fù)合材料的比容量達(dá)到了152 F/g（有機(jī)電解液），電性能明顯提高，可被廣泛應(yīng)用．譚富增[6]等通過縮聚己二醇和2，2-二羥甲基丙酸，制備了水溶性端羥基超支化聚酯，通過酰氯化法合成復(fù)合材料．結(jié)果表明，復(fù)合材料的相對分子質(zhì)量分布較窄，改性的碳納米管復(fù)合材料在有機(jī)溶劑中的溶解性明顯提高．馬金[7]等先將碳納米管處理，得到羥基改性的碳納米管，利用原位聚合法合成碳納米管/聚脲納米復(fù)合材料，碳納米管以共價鍵連接到端異氰酸根預(yù)聚物，隨著碳納米管含量的增加，碳納米管/聚脲納米復(fù)合材料的凝膠含量和拉伸強(qiáng)度有顯著提高．趙曉峰[8]等先將苯胺單體接枝到碳納米管表面后，利用原位聚合法制備碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料．結(jié)果表明，聚合方式是鄰位聚合，且復(fù)合材料的比容量達(dá)到了152 F/g（有機(jī)電解液），電性能明顯提高，可被廣泛應(yīng)用．

2展望

原位聚合法是目前改性碳納米管復(fù)合材料的主要研究方法之一，其通過對碳納米管表面特性的改善，提高了其反應(yīng)能力，并促進(jìn)不同聚合物的分散性和相容性，使其與碳納米管的相互作用力得到增強(qiáng)，改善了整體性能，為實(shí)現(xiàn)碳納米管的功能化和增加應(yīng)用領(lǐng)域提供重要途徑．然而，在改善復(fù)合材料整體性能方面，仍有以下問題：（1）如何進(jìn)一步改善碳納米管的團(tuán)聚現(xiàn)象；（2）如何提高碳納米管與聚合物之間的相容性；（3）碳納米管的加入對高聚物的影響因素．

因此，深入研究碳納米管改性反應(yīng)機(jī)理，進(jìn)一步研究聚合物與碳納米管之間的相互作用及影響因素，實(shí)現(xiàn)多種材料的復(fù)合及工業(yè)化生產(chǎn)都是急需解決的重要課題．碳納米管作為新世紀(jì)最有前途的研究材料之一，已經(jīng)成為科學(xué)研究的焦點(diǎn)．

[1] 劉丹，張錦．單壁碳納米管的分離方法[J]．科學(xué)通報(bào)，2014，59（33）：3240-3263

[2] 陳思．碳納米管的功能化處理及聚己二酸-1，3-丙二醇酯-羥基碳納米管共聚物的制備及性能研究[J]．材料導(dǎo)報(bào)，2012，26（20）：64-68

[3] 盧志華，孫康寧，趙中帆，等．原位合成制備碳納米管/羥基磷灰石復(fù)合粉體[J]．硅酸鹽學(xué)報(bào)，2007，35（2）：212-215

[4] 李海芳，楊紅云，張英，等．四氧化三鐵/單壁碳納米管磁性復(fù)合納米粒子分散固相微萃取——高效液相色譜法測定牛奶中的香精添加劑[J]．色譜，2014，32（4）：413-418

[5] 趙曉峰，江奇，郭亞楠，等．有機(jī)化學(xué)合成法制備碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料[J]．無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（1）：91-95

[6] 譚富增，陸紹榮，曾芩，等．端羥基超支化聚酯接枝碳納米管的合成與表征[J]．化工新型材料，2015，43（3）：123-125

[7] 馬金，高新田，吳偉峰，等．碳納米管/聚脲納米復(fù)合材料的制備和性能[J]．涂料工業(yè)，2010，40（11）：24-26

[8] 趙曉峰，江奇，郭亞楠，等．有機(jī)化學(xué)合成法制備碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料[J]．無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2010，25（1）：91-95

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.04.011

2016-02-12

黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（E201463）

陳前赫（1987-），男，黑龍江雞西人，助教，碩士，從事高分子材料改性研究．E-mail：ethancqh@126.com

1007-9831（2016）04-0042-01