多壁碳纳米管的硅烷偶联剂修饰及其与有机硅聚合物纳米复合材料的制备研究.pdf

32 甘肃省化学会第二十四届年会论文集 多壁碳纳米管的硅烷偶联剂修饰及其与有机硅聚合物 纳米复合材料的制备 黎白钰 (兰州交通大学化学与生物工程学院兰州730030) 摘要：在制备碳纳米管增强的聚合物基复合材料时，聚合物与碳纳米管之间需要有较强的作用力，以利于 碳纳米管在聚合物中能均匀分散，并且聚合物所受的栽荷能有效地传递到碳纳米管上而起到有效的增强作用。有 机硅聚合物(如聚甲基硅倍半氧烷)通常具有很好的耐热性，但强度不高。为将碳纳米管引入有机硅聚合物以制备 增强的复合材料，需对碳纳米管进行功能化。使其表面带上活性硅官能团。为此，我们用浓硫酸和衷硝酸的混合酸 处理多壁碳纳米管。使其表面生成一定数量的羧基，然后在DCC的催化下．与3一胺丙基三乙氧基硅烷反应，首次 纳米管上具有一CH，和一CH：一基团。165lem一处的新峰是酰胺基团中羰基伸缩振动引起的，表明通过以上酰胺化反 应．活性硅官能团已成功地接到碳纳管上。复合材料的SEM照片显示，碳纳米管在聚合物基体中均匀分散。实现了 碳纳米管与有机硅聚合物的共价键结合。TGA分析结果表明，碳纳米管的引入使PMSQ的热稳定性略有提高。 由于碳纳米管具有高强度和低密度，同时具有高度的耐热和化学稳定性，使其在开发轻质、 高强和高韧的材料方面极具吸引力。碳纳米管与聚合物复合，可以使聚合物材料的模量和强度、 耐磨性及抗疲劳性得到很大的提高[1旬】。 聚有机硅倍半氧烷是指具有结构通式(RSiO抛)。的聚合物，是一类具有优异耐高温性能的聚 合物，当R为甲基时则称为聚甲基硅倍半氧烷(PMSQ)。PMSQ因为高耐热性，成膜性好，透光 率高，硬度高以及介电常数低而作为耐热防护涂层、光学透镜的耐磨涂层以及介电材料得到广泛 的应用[4】。但由于si—O链聚合物分子间作用力小，致使PMSQ的强度较低，韧性较差。基于碳纳 米管优异的力学性能，如将其与耐高温聚合物PMSQ复合，可望制得耐高温高强度的结构复合材 料和耐磨涂料。 如何增强聚合物与碳纳米管之间的相互作用，以实现碳纳米管在聚合物中的均匀分散是聚合 物一碳纳米管复合材料制备中的关键。为了增加碳纳米管与有机硅聚合物之间的相互作用，采用 文献方法[5刮处理多壁碳纳米管，使其表面氧化生成一定数量的羟基和羧基。再通过酰胺化反应． 将硅烷偶联剂3一胺丙基三乙氧基硅烷接枝到羧基化碳纳米管表面上。在硅烷偶联剂的作用下，实 现了碳纳米管与有机硅聚合物的共价键结合。 l实验部分 1．1 原料多壁碳纳米管(MWCNT)由深圳纳米港有限公司提供；浓硫酸，浓硝酸，N，N一二甲基甲 酰胺(DMF)和无水乙醇(北京试剂公司)，分析纯；二月桂酸二丁基锡(天津试剂一厂)，化学 (DCC)(上海生化试剂公司)，85％，在使用前减压蒸馏提纯。 1．2碳纳米管的羧基化将0．89碳纳米管加入580mL90％H2SO。和200mL 70％HN03的混合 酸中，然后在室温下超声处理24h。将所得悬浮液用去离子水稀释后经中0．45斗m聚四氟乙烯膜 过滤；收集膜上部碳纳米管，再在2．6mol／L的硝酸中回流24h，然后再经巾O．45斗m聚四氟乙烯 膜过滤，用去离子水充分洗涤滤饼，所得滤饼于80。C干燥lOh，得羧基功能化碳纳米管0．7429。收 甘肃☆化学台第=十口月年刍论女集 率93％。 1 3碳纳米管的硅官能化取上述援基化的碳纳米管059，在超卢作用下分散于400mLDMF中。 DCU 将lOmL3-胺丙基三乙氧基硅烷溶解于50mr+DMF中，于IOmin内滴加完毕．然后将2 89 溶解于50mLDMF中于30 rain内滴加人反应体系。室温下搅拌72h后，再经巾o45lLm聚四氟 乙烯膜过滤。收集的滤饼分散于DMF再过滤．洗3遍，用无水乙醇洗3遍。然后将收集的硅官能 化碳纳米管分散于500mL无水乙醇中。 1 4复合材辩的制备将上述硅官能化