Page 40 - 《精细化工》2020年第2期

·242· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

有效方法，本文从 CNT 的非共价改性和共价改性两个
方面介绍了 CNT 的功能化对 PU 性能的影响。

1 碳纳米管非共价改性制备碳纳米管/聚
氨酯复合材料

CNT 的非共价改性会提高其在 PU 中的分散性
和可加工性，而不会损害 CNT 的物理性能。非共价
改性主要是通过 π-π 相互作用、静电相互作用和氢
键等对 CNT 进行功能化，即 CNT 表面的 π 电子与
小分子的 π 电子相互作用，从而改善 CNT 在 PU 中的
界面相容性。常见的方法主要是使用表面活性剂 [30-31] 、
离子液体 [32] 、生物大分子 [33] 或将聚合物包裹在 CNT
[34-35]
图 1 基于手性的单壁碳纳米管分子模型 [21] 表面来实现 。
Fig. 1 Chiral single-walled carbon nanotube molecular 1.1 超声处理
models [21] 实验室中常用的最简单的方法是超声处理。常

将 CNT 均匀分散在 PU 中制备的 PU 复合材料 见的超声方法有槽式超声 [36] 和探针超声 [37] ，其主要
可赋予复合材料不同的性能。王少辉等 [22] 先将 CNT 的工作原理：一是通过在溶液中生成的微小气泡瞬
羧基化和酰氯化，再分别与乙二醇（EG）、丙三醇（GL） 间爆破，产生大能量的冲击波对周围的碳纳米管簇
及二羟甲基丙酸（DMPA）反应合成了 3 种亲水性 起作用，使通过范德华力粘结在一起的 CNT 团簇撕
CNT，并分别与水性聚氨酯（WPU）混合，固化后制 裂；二是通过在溶液中形成空化作用产生局部高温，
得了 CNT/WPU 复合材料。结果表明，与纯 WPU 膜 将 CNT 之间的连接打开 [38] 。林强等 [39] 为改善 CNT
相比，质量分数为 1.5%的 CNT/WPU 膜的拉伸强度 在水中的分散性，将其与 β-环糊精（CD）研磨超声
提高了 32%，而相同质量分数的 CNT-EG、CNT-GL、 分散，得到环糊精修饰碳纳米（CD/CNT），并与 WPU
CNT-DMPA 与 WPU 的复合膜则分别提高了 60%、 球磨共混，制备了 WPU/CD/CNT 复合乳液。结果表
67%和 72%。制备的 CNT-EG/WPU、CNT-GL/WPU 明，与纯 PU 膜相比，当 CD/CNT 质量分数为 3.0%时，
和 CNT-DMPA/WPU 复 合膜的 导 电率均 >6.3× 制备的 WPU/CD/CNT 膜的拉伸强度和断裂伸长率
–5
10 S/cm，比 CNT/WPU 复合材料提高了 3 个数量级。 分别提高了 72.29%和 17.22%；其电阻率为 174 Ω·m，
尽管 CNT 可改善聚合物材料的性能，包括拉伸 减小了 5 个数量级。CD/CNT 的引入使 WPU 的导电
强度 [23] 、导热率 [24] 、电导率 [25-26] 、电磁屏蔽性能 [27-29] 性显著提高，热稳定性得到一定提高。GU 等 [40] 将
等，但 CNT 存在强烈的管间范德华相互作用力，且极 不同含量的 CNT 粉末与分散剂混合，然后将其添加
易发生聚集现象，这限制了 CNT 在 PU 中的均匀分散。 到 PU 中。结果表明：当 CNT 质量分数为 0.4%时，
因此，开发高性能 CNT/PU 复合材料需要解决以下问 PU 涂层的耐腐蚀性和附着强度得到了极大提升。
题：（1）CNT 在 PU 中的分散性；（2）CNT 与 PU 之 ZHANG 等 [41] 将 WPU、CNT 和纤维素纳米晶体
间要形成强相互作用，从而实现从 CNT 到 PU 的有效 （CNC）以一定比例混合，超声处理得到了用于压
负载转移。其中，CNT 的功能化是防止 CNT 聚集的 阻传感器的 WPU/CNC/CNT 复合泡沫，见图 2。

图 2 导电 WPU/CNC/CNT 复合泡沫制备示意图 [41]
Fig. 2 Schematic illustration for the preparation of conductive WPU/CNC/CNT composite foam [41]