碳纳米管的低温等离子体改性及其引发苯乙烯接枝共聚

【摘要】： 在碳纳米管(CNTs)的改性方法中,低温等离子体具有省时、清洁、可控等优点,通过该技术可成功引发各烯烃类单体在CNTs表面的接枝。 本文利用低温等离子体技术对单壁碳纳米管(SWNT)、多壁碳纳米管(MWNT)进行了表面改性,考察等离子体改性对SWNT、MWNT结构、形貌和性能的影响;同时结合等离子体引发聚合的优势,使SWNT与苯乙烯(St)接枝共聚,重点讨论了影响引发聚合反应产率的各个因素,得出最佳的聚合工艺条件。 采用空气、氩气、氮气、二氧化碳等不同的等离子体气源对SWNT、MWNT进行改性,重点考察气源和处理时间对改性效果的影响。X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)表明,等离子体处理可以在SWNT、MWNT表面引入C-O、C=O、-COO-等含氧基团。不同的等离子体处理气体,其碳氧结合的方式基本类似,但是各个基团的百分比不同,改性效果最好的是空气。经过改性后,提高了碳纳米管在有机溶剂甲苯和无水乙醇中的分散性;碳纳米管表面性质与分散剂的极性是影响其分散性的主要因素。拉曼光谱证实,所用SWNT的直径在1.3nm左右,且石墨化程度高,表面缺陷少;经氩气处理20min后,D峰明显增强,SWNT的管壁完整性受到破坏,引入极性基团。 充分结合等离子体表面改性和引发聚合双重优势,将SWNT和St进行乳液聚合,主要研究不同后聚合时间、放电时间、气体流量、后聚合温度、乳化剂用量和引发气体等参数对产物产率的影响,并对产物进行了相应的IR、XPS、拉曼光谱等表征。