原位聚合法合成多功能碳納米管復合材料研究進展

陳前赫，李岳姝，王艷玲

?

原位聚合法合成多功能碳納米管復合材料研究進展

陳前赫，李岳姝，王艷玲

（黑龍江工業學院 環境工程系，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，目前已經被廣泛研究．總結了近年來國內外的研究進展，并對原位聚合法的發展前景進行了展望．

碳納米管；復合材料；原位聚合

碳納米管不僅具有優異的力學、電學和化學性能，其六角形網絡結構存在彎曲，形成了空間拓撲結構，表面具有高離域化的大鍵．這種結構導致碳納米管表面結合一定的官能團[1]，使其具有更廣泛的應用．目前，常見的碳納米管復合材料制備方法有共混法、接枝法和原位聚合法等．原位聚合法是經預處理碳納米管，使其表面帶有羧基和羥基，超聲分散均勻后合成單體，再引發單體原位聚合，制備具有功能性的復合材料．1

1原位聚合法合成碳納米管復合材料性能研究

由于碳納米管性能穩定，不易反應，通常對其表面進行預處理．陳思[2]以溫度、回流時間和酸化條件作為因素進行正交實驗，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，分析了影響縮聚產物的因素．結果表明，以0.3%質量分數的正丁酯作為催化劑，可以得到結晶度最大的縮聚產物．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/羥基磷灰石復合粉體．結果表明，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，形成了較強的界面結合．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行反應，合成了具有很好分散固相的萃取劑，其可以應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/聚苯胺復合材料．結果表明，聚合方式是鄰位聚合，且復合材料的比容量達到了152 F/g（有機電解液），電性能明顯提高，可被廣泛應用．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合材料．結果表明，復合材料的相對分子質量分布較窄，改性的碳納米管復合材料在有機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/聚脲納米復合材料，碳納米管以共價鍵連接到端異氰酸根預聚物，隨著碳納米管含量的增加，碳納米管/聚脲納米復合材料的凝膠含量和拉伸強度有顯著提高．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/聚苯胺復合材料．結果表明，聚合方式是鄰位聚合，且復合材料的比容量達到了152 F/g（有機電解液），電性能明顯提高，可被廣泛應用．

2展望

原位聚合法是目前改性碳納米管復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，提高了其反應能力，并促進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，改善了整體性能，為實現碳納米管的功能化和增加應用領域提供重要途徑．然而，在改善復合材料整體性能方面，仍有以下問題：（1）如何進一步改善碳納米管的團聚現象；（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機理，進一步研究聚合物與碳納米管之間的相互作用及影響因素，實現多種材料的復合及工業化生產都是急需解決的重要課題．碳納米管作為新世紀最有前途的研究材料之一，已經成為科學研究的焦點．

[1] 劉丹，張錦．單壁碳納米管的分離方法[J]．科學通報，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]．材料導報，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/羥基磷灰石復合粉體[J]．硅酸鹽學報，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．有機化學合成法制備碳納米管/聚苯胺復合材料[J]．無機化學學報，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/聚脲納米復合材料的制備和性能[J]．涂料工業，2010，40（11）：24-26

[8] 趙曉峰，江奇，郭亞楠，等．有機化學合成法制備碳納米管/聚苯胺復合材料[J]．無機化學學報，2010，25（1）：91-95

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.04.011

2016-02-12

黑龍江省自然科學基金項目（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