聚合物對碳納米管的可逆修飾及碳納米管凝膠合成.pdf

1、自從碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來,由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)引起了人們的廣泛關(guān)注。碳納米管具有優(yōu)越的力學(xué)性能,優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,良好的電性能和生物相容性。由于碳納米管間較強(qiáng)的相互作用及不溶于任何溶劑,極大地制約了其應(yīng)用。因此,對碳納米管進(jìn)行改性以提高其在溶劑及基材中的分散性,具有十分重要的意義。目前為止,已報道多種碳納米管修飾方法,通常分為物理修飾與化學(xué)修飾。本論文采用化學(xué)方法中的“向碳納米管接枝”方法,通過硼酸酯化反應(yīng),將雙羥基封端的聚苯乙烯(

2、PS)接枝到硼酸功能化的多壁碳納米管(MWNTs)表面,實現(xiàn)對碳納米管修飾。該修飾方法的特點(diǎn)在于接枝的可逆性,可以劈下-接上多次重復(fù)。此外,本文對碳納米管凝膠的合成也進(jìn)行了探索,首先合成含二羥基丙烯酸酯單體和硼酸酯類單體,并將二羥基丙烯酸酯聚合物接枝到碳納米管上,再與含硼酸單元的共聚物混合,利用硼酸酯化反應(yīng)合成碳納米管凝膠。主要研究工作包括以下幾個方面:
　　聚合物對MWNTs可逆修飾。先以含二羥基的三硫代碳酸酯[EMP-(OH)

3、2]為鏈轉(zhuǎn)移劑,采用可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移(RAFT)聚合方法合成雙羥基封端的聚合物[PS-(OH)2]。而后利用二溴丁烷將對羥基苯硼酸頻哪醇酯接枝到MWNTs表面,去保護(hù)后得到硼酸修飾的MWNTs[MWNT-B(OH)2]。通過MWNTs表面的硼酸基團(tuán)和聚合物鏈端的雙羥基之間的酯化反應(yīng),即可將PS接枝到MWNTs表面,同時在酸作用下又能將聚合物“劈”下,實現(xiàn)聚合物對MWNTs的可逆修飾。采用紅外光譜(FTIR)和熱重分析(TGA)對小分

4、子和聚合物修飾的MWNTs進(jìn)行了表征。TGA結(jié)果表明硼酸的接枝率可達(dá)到0.222 mmol/g,聚合物的接枝率為0.041 mmol/g。此外,采用紫外光譜法研究了PS-(OH)2對[MWNT-B(OH)2]的可逆修飾效果,實驗結(jié)果表明可逆修飾重復(fù)5次以后,聚合物修飾的MWNTs的溶解度基本不變,說明聚合物接枝量基本穩(wěn)定。另外,MWNTs表面接枝聚合物的“劈”下速率與體系中酸濃度有關(guān)。
　　MWNT凝膠的合成。采用羥基保護(hù)和硼酸基

5、團(tuán)保護(hù)的方法,先分別合成(2,2,5-三甲基-1,3-二氧己烷)丙烯酸甲酯(TDMA)和4-乙烯基芐基-4-(1,3,2-二氧雜己硼烷-2-基)苯甲酸酯(VBDB)兩種新型單體。隨后將RAFT試劑鍵接到MWNTs表明,并通過RAFT聚合反應(yīng)將PTDMA接枝到MWNTs表面,去保護(hù)后即得到聚(3-羥基-2-(羥甲基)-2-甲基丙基)丙烯酸酯(PHHMA)修飾的碳納米管(MWNT-PHHMA)。同樣以EMP-(OH)2為鏈轉(zhuǎn)移劑,采用RAF