聚丙烯腈碳微球的制備研究.pdf

1、碳微球(CNSs)由于具有杰出的物化性能，如化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、優(yōu)良的導電和導熱性等，是一種新興的具有極大開發(fā)潛力和應(yīng)用前景的碳材料。采用化學氣相沉積法、溶劑熱法和模板法都可以制備得到各種結(jié)構(gòu)的碳微球，但要準確地控制碳微球的大小，制備出單分散、純度高以及大小均勻的碳微球還比較困難。本文以丙烯腈(AN)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)為原料，經(jīng)過乳液聚合和種子乳液聚合合成出各種結(jié)構(gòu)的聚丙烯腈(PAN)納米微球前軀體，然后，通過適當?shù)念A氧化和碳

2、化工藝，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷嵭幕蚩招牡奶技{米微球。以丙烯腈為原料制備碳微球主要包括兩部分的工作：第一步是聚丙烯腈納米微球前驅(qū)體材料的制備，第二步是前驅(qū)體材料的預氧化和碳化。其中最關(guān)鍵的一步是合成出尺寸均一、結(jié)構(gòu)可控的PAN微球前驅(qū)體。
　　 研究了引發(fā)劑用量、表面活性劑用量、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間對MMA和AN乳液聚合的影響。結(jié)果表明，反應(yīng)溫度過低和十二烷基硫酸鈉(SDS)用量的過多，則MMA單體轉(zhuǎn)化率較低。提高反應(yīng)溫度、增加引發(fā)劑用量和增

3、加表面活性劑用量均可以使聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)乳膠粒子的粒徑顯著減小。引發(fā)劑種類和用量以及表面活性劑的用量對AN單體的的轉(zhuǎn)化率以及PAN納米微球的粒徑有著較大的影響。采用水溶性的引發(fā)劑和增加引發(fā)劑用量可以使AN的轉(zhuǎn)化率增大。采用油溶性引發(fā)劑和適當降低表面活性劑可以使PAN乳膠粒子的粒徑顯著減小。
　　 通過選用合適的引發(fā)劑、加入少量交聯(lián)劑以及優(yōu)化聚合工藝等手段，采用種子乳液聚合法制備了PAN／PMMA、PMMA/PAN以及

4、PMMA/PAN/PMMA等核殼結(jié)構(gòu)的納米微球。結(jié)果表明，通過種子乳液聚合法能夠得到上述各種核殼結(jié)構(gòu)的微球。
　　 討論了預氧化溫度和碳化溫度等各種因素對碳微球粒徑的影響。結(jié)果表明，由于PMMA殼層的保護作用，PAN/PMMA核殼結(jié)構(gòu)微球碳化后得到的CNSs的粒徑明顯降低；預氧化溫度選在200℃，碳化溫度選在600℃所得CNSs的粒徑最小，即可分散性最好；預氧化時加入前驅(qū)體材料的質(zhì)量不能太多，否則也會影響CNSs的可分散性。嘗試