多壁碳纳米管接枝超支化聚（胺—酯）的研究

论文摘要

碳纳米管因其具有极高的机械强度、独特的光电特性、超强的吸附能力等优异的性能,越来越受到人们的关注。但由于碳纳米管在溶剂中难分散的特点,制约了其更广泛的应用与发展。碳纳米管的表面功能化修饰就是在碳纳米管表面引入功能性的基团,从而达到增加其在溶剂中分散性的目的,同时还可以赋予其新的性能。本研究以多壁碳纳米管为原料,采用气相纯化与液相纯化相结合的方法,利用XRD和TGA-DSC表征证明了该纯化方法能有效除去掺杂在碳纳米管中的碳类杂质以及残留的金属催化剂颗粒。然后采用混酸氧化,使其表面产生羧基,再分别以接出法（grafting from）的方式采用乙二醇对羧基化的碳纳米管进行扩链,生成羟基化碳纳米管（MWNTs -OH）,并以MWNTs-OH为核在碳纳米管表面“长出”超支化大分子;以接入法（grafting to）的方式将由“一步法”合成的超支化聚（胺-酯）通过酯化反应接枝到氧化后的碳纳米管表面。通过SEM、FTIR、TGA-DSC以及XRD等表征手段并结合酸碱滴定法测定修饰后的碳纳米管表面的羟基密度,对功能化修饰后的碳纳米管进行分析。结果表明,混酸氧化可以高效的在碳纳米管表面产生羧基和羟基,适当控制反应温度和时间,可以达到既不破坏碳纳米管的自身结构,又在其表面产生大量氧化性基团的效果。以“grafting from”的方式修饰碳纳米管,除了能接枝超支化大分子外,还会在其表面“长出”大分子区域,具有较高的接枝效率;以“grafting to”的方式修饰碳纳米管,可以将具有特定结构的聚合物引入碳纳米管表面,使碳纳米管的功能化高度可控。超支化聚合物具有末端功能团丰富,分子间不易发生缠绕等特点。分别以“grafting from”和“grafting to”方式接枝超支化聚（胺-酯）后,碳纳米管表面的羟基密度分别为24.74 mmol/g,20.04 mmol/g;在水中的溶解度分别为2.67,2.49。修饰后的碳纳米管分散性能明显提高,同时末端丰富的官能团为碳纳米管的进一步功能化修饰创造有利条件。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 碳纳米管简介
• 1.1.1 碳纳米管的发现与研究背景
• 1.1.2 碳纳米管的分类
• 1.1.3 碳纳米管的结构缺陷
• 1.1.4 碳纳米管的性能及应用
• 1.2 碳纳米管的制备
• 1.2.1 激光蒸发合成法
• 1.2.2 电弧放电法
• 1.2.3 化学气相沉积法
• 1.2.4 其他方法
• 1.3 碳纳米管的纯化
• 1.3.1 物理纯化法
• 1.3.2 化学纯化法
• 1.4 碳纳米管的表面功能化修饰
• 1.4.1 共价功能化修饰
• 1.4.2 非共价功能化修饰
• 1.5 超支化聚合物
• 1.5.1 超支化聚合物的合成
• 1.5.2 超支化聚合物修饰碳纳米管的研究现状
• 1.6 本课题的研究内容和意义
• 1.7 本课题的创新之处
• 1.7.1 超支化聚合物修饰多壁碳纳米管
• 1.7.2 选用超支化聚（胺-酯）修饰碳纳米管
• 1.7.3 以“grafting from”和“grafting to”两种方式实现超支化聚（胺-酯）对多壁碳纳米管的接枝
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料及仪器
• 2.1.1 主要原料
• 2.1.2 主要仪器
• 2.1.3 主要表征手段
• 2.2 实验主要试剂的精制及配制
• 2.2.1 无水甲醇的精制
• 2.2.2 无水乙二醇的精制
• 2.2.3 丙烯酸甲酯的纯化
• 2.2.4 四氢呋喃的纯化
• 2.2.5 N,N-二甲基甲酰胺的纯化
• 2.2.6 酰化试剂的配制
• 2.3 grafting from
• 2.3.1 MWNTs的纯化
• 2.3.2 MWNTs的表面氧化
• 2.3.3 MWNTs-COOH接枝乙二醇
• 2.3.4 N,N-二羟乙基-3-胺基丙烯酸甲酯的制备
• 2.3.5 超支化聚（胺-酯）修饰MWNTs
• 2.4 grafting to
• 2.4.1 MWNTs的纯化
• 2.4.2 MWNTs的表面氧化
• 2.4.3 超支化聚（胺-酯）的制备
• 2.4.4 HPAE接枝MWNTs
• 2.5 氧化后MWNTs表面酸性基团的定量分析
• 2.6 HPAE接枝后MWNTs表面羟基密度的测定
• 2.7 MWNTs修饰前后溶解性定性和定量分析
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 3.1.1 MWNTs
• 3.1.2 MWNTs-COOH
• 3.1.3 “grafting from”方式接枝的MWNTs-HPAE（a）
• 3.1.4 “grafting to”方式接枝的MWNTs-HPAE（b）
• 3.2 红外光谱（FTIR）
• 3.2.1 MWNTs
• 3.2.2 MWNTs-COOH
• 3.2.3 MWNTs-HPAE（a）
• 3.2.4 MWNTs-HPAE（b）
• 3.3 氧化方法的选择
• 3.4 X 射线衍射（XRD）
• 3.5 热重分析（TGA-DSC）
• 3.6 反应时间对接枝效果的影响
• 3.6.1 对“grafting from”方式的影响
• 3.6.2 对“grafting to”方式的影响
• 3.7 MWNTs功能化修饰前后的溶解性
• 3.8 接枝超支化聚合物后MWNTs表面羟基密度的测定
• 3.9 “grafting from”和“grafting to”方法接枝效果的比较
• 3.9.1 形貌上的比较
• 3.9.2 FTIR图谱的比较
• 3.9.3 MWNTs表面羟基密度及溶解度的比较
• 3.9.4 “grafting from”方法
• 3.9.5 “grafting to”方法
• 第四章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历