聚氨酯接枝多壁碳纳米管的制备及表征.pdf

Vol. 28 高 等 学 校 化 学 学报 No. 2 2 0 0 7 年2 月 CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 366 ~ 370 聚氨酯接枝多壁碳纳米管的制备及表征 l l l 2 l l 汪 晓 ，张 晨 ，刘演新 ，李从举 ，杜中杰 ，励杭泉 （l. 北京化工大学新型高分子材料的制备与加工北京市重点实验室，北京 l00029 ： 2 . 北京服装学院服装材料研究开发与评价实验室，北京l00029 ） 摘要 采用两步法成功地将聚氨酯分子链以共价键连接到碳纳米管表面. 首先将聚丙烯酰氯通过与强酸氧 化后多壁碳纳米管表面产生的羟基及少量羧基之间的化学反应共价接枝到碳纳米管表面；然后将接枝到碳 纳米管表面的聚丙烯酰氯与端羟基聚氨酯发生酯化反应，实现了聚氨酯对碳纳米管的表面共价接枝. 采用 傅里叶变换红外光谱（FTIR ）、透射电镜（TEM ）、扫描电镜（SEM ）和热重分析（TGA ）等对接枝后的产物进行 了表征，结果表明，聚氨酯已共价接枝到碳纳米管表面，被接枝的聚合物的含量接近90% . 关键词 多壁碳纳米管；聚丙烯酰氯；接枝；聚氨酯 中图分类号 O63l 文献标识码 A 文章编号 025l-0790 （2007 ）02-0366-05 碳纳米管不仅具有优异的力学、电学、热学、磁学等性能，而且还具有纳米级的直径和高长径比， ［l］ 是聚合物纳米复合材料的理想增强体 . 但由于碳纳米管的不溶解性，致使其与基体的相容性差. 另 一方面碳纳米管表面官能基团含量低，导致碳纳米管和聚合物基体的界面粘结很弱，基体所受的力不 能有效地传递到碳纳米管的管壁上，使复合材料性能变差. 为了改善碳纳米管与基体的相容性和界面 粘结性，需要对其进行改性. 据文献［2 ］报道，在碳纳米管表面共价接枝上与基体聚合物结构相似的 聚合物链是改善其在聚合物中的相容性，提高碳纳米管和基体表面粘结的一种较为有效的方法. 本文提出了一种新的碳纳米管改性的方法，为各种聚合物接枝到碳纳米管上提供了一个通用模 式. 采用混酸（浓HNO / 浓H SO 体积比lf l ）对纳米碳管进行氧化处理，使得管壁上产生少量的羟 3 2 4 基，然后通过酯化反应将聚丙烯酰氯共价接枝到经酸处理过的碳纳米管表面，使碳纳米管表面从原来 的较少的羟基反应点变成了许多高活性的酰氯基团反应点. 接枝上去的聚丙烯酰氯分子链作为一个 “桥”，为接枝更多的聚氨酯分子链提供了条件，这对于接枝商业化的端羟基或端氨基聚合物同样具有 较大的意义. ! 实验部分 !. ! 试剂与仪器 MWNTs 直径l0 ~ 30 nm ，长度0. 5 ~ 500 m ，纯度大于95% ）购于深圳市纳米港有 多壁碳纳米管（ ! 限公司. 丙烯酰氯（分析纯），购于百灵威化学技术有限公司，其它试剂均购于韦斯实验用品有限 公司. ESCALAB 250 型X 射线光电子能谱仪（Thermo 公司，美国），Nexus 670 型傅里叶红外光谱仪， （Thermo Nicolet 公司，美国），凝胶渗透色谱仪（Waters 公司，美国），TECNAI 20 型透射电子显微镜 （Philips 公司，荷兰），Hitachi S-4700 型场发射扫描电子显微镜（日立公司，日本），TASC 4 l4/ 4 型热重 分析仪（Nicolet Instrument 公司，德国）. !. # 实验过程 称取600 mg