多壁碳纳米管的表面修饰及其磺化聚醚醚酮复合膜的制备研究

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1、多壁碳纳米管的表面修饰及其磺化聚醚醚酮复合膜的制备研究摘要碳纳米管是一维纳米结构材料，主要由C．C共价键组成，具有优异的力学、电学以及耐化学腐蚀性能，应用十分广泛。但由于碳纳米管管径小，表面能大，容易发生团聚，很难均匀地分散到聚合物基体中，从而影响复合材料的各种性能。目前，对碳管进行表面修饰，提高它在各种溶剂中的分散性以及与高分子基体的相容性等研究，已成为广大科研工作者的关注热点。首先，使用混酸处理多壁碳纳米管，使其表面生成大量的羧基以及羟基，然后在N，N．二环己基碳酰亚胺(DCC)的作用下，将对氨基苯磺酸接枝到碳纳米管表面。傅立叶红外分析表明，对氨基苯磺酸

2、上的氨基与碳纳米管表面的羧基发生了反应，生成酰胺基团；场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析表明，碳管表面包覆了一些有机物，使碳管呈蠕虫状形态；热失重分析表明，表面接枝的有机物质量约为总重的40％；拉曼光谱分析表明，处理前后碳管的ID／IG值变化不大，说明碳管石墨结构的含量基本不变；光学照片分析表明，经过接枝处理后的碳管在水、乙醇等溶剂中的分散性优于未接枝处理的碳管。其次，用同样的方法将乙醇胺接枝到碳纳米管表面。红外分析表明，乙醇胺的羟基与碳纳米管表面的羧基发生了反应，生成酯基；透射电镜(TEM)及FESEM分析表明，碳管表面吸附了一些有机物；修饰后的碳管在

3、乙醇、DMF等溶剂中的分散性较好。最后，采用溶液共混法制备了多壁碳纳米管／磺化聚醚醚酮复合膜。采用光学显微镜和FESEM观察了膜的表面和断面形态，结果表明，碳管在磺化聚醚醚酮基体中分散均匀，树脂基体包覆在碳管表面；采用交流阻抗法和万能试验机分别考察了膜的质子传导性与力学性能，结果表明：复合膜的质子传导性和拉伸强度均优于磺化聚醚醚酮纯膜，而且随着碳管用量的增加而提高。关键词：多壁碳纳米管；对氨基苯磺酸；乙醇胺；表面修饰；N，N．二环己基碳酰亚胺；磺化聚醚醚酮；溶液共混法；复合膜；质子传导性StudiesonModificationofMWCNTsandPrep

4、arationofMWCNTs／SPEEKCompositeFilmAbs廿"actCarbonnanotubes(CNTs)areone—dimensionalnanostructurematedalsandmainlycomposedofC-Ccovalentbond．Theypossessgoodmechanical，electrical，resistance-chemistryproperties，andhavebeenappliedverywidely．Becauseofsmalldiameterandlargespecificarea，theya

5、gglomerateeasilyandaredifficulttodisperseuniformlyinpolymermatrix，andthepropertiesoftheircompositematerialhavebeenaffected．Atpresent，studiesonthemodificationofCNTs，improvingthedispersibilityofthemindifferentsolventsandthecompatibilitywiththepolymermatrix，havebecomehotspot．Atfirst，m

6、ulti—walledcarbonnanotubes(MWCNTs)weretreated谢mmixedacids，resultinginformationofmanycarboxylandhydroxylgroupsontheirsides．WiththeactionofN，N'-dicyclohexylcarbodiimide(DCC)，P—aminobenzenesulfonicacidwasgraftedtoMWCNTs．TheFT-IRshowedthattheaminogroupofP—aminobenzenesulfonicacidreacte

7、dwiththecarboxylonthesidesofMWCNTs．andtheprocesscreatedallamidegroup．TheFESEMshowedthatorganiccompoundsdepositedevenlyonthesurfaceofMWCNTsandgraftedMWCNTslookedlikevermicular．TheTGAshowedthatthemassoftheorganicgroupwasabout40％ofthegrossweight．TheRamanspectrumshowedthattheratioofID／

8、Iochangedveryslightly，whic