Page 42 - 《精细化工》2020年第2期
P. 42
·244· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷
2.1 碳纳米管的氧化反应改性 力学性能和导电性。LI 等 [54] 通过两步反应制备了具
CNT 的氧化反应是生成各种可用于共价官能化 有高接枝率的全氟烷基硅烷官能化 CNT。该方法通
的含氧基团的最有效方法。如图 3 所示。主要采用 过硅烷化反应将羟基衍生的 CNT（羟基化的 CNT）
各种氧化剂（氧气、浓硫酸、硝酸和过氧化氢水溶 与 3-氨基丙基三乙氧基硅烷共价官能化，然后通过
液等）在回流条件下，CNT 的受阻活性位点在强氧 Micheal 加成反应与丙烯酸六氟丁酯或丙烯酸十二
化条件下打开，从而在受阻位点上产生羟基、烯酮、 氟庚基酯反应。SEM、FTIR 和 TGA 结果表明，全
甲酰基、环氧基和羧基等 [51] 。CNT 官能化可改善 氟烷基硅烷共价附着在 CNT 表面，与羟基化的 CNT
CNT 在聚合物中的分散性，进而改善聚合物复合材 相比，全氟烷基硅烷官能化极大地提高了 CNT 在
料的机械性能。SHRESTHA 等 [52] 通过静电纺丝技 PU 中的分散性和界面粘合性。且随着其含量的增加，
术设计了一种基于酸化碳纳米管 PU/丝素蛋白-CNT 大大提升了复合材料的拉伸强度；同时，全氟烷基
的生物材料。通过体外测试表明，CNT 的存在增强 硅烷链的低表面能和优异的生物相容性可赋予复合
了细胞外（ ECM）的导电性，同时对齐的支架 材料高的表面疏水性和导电性。YAGHOUBI 等 [55]
（PU/Silk-CNT）能够刺激雪旺细胞（S42）的生长 以 3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTS）和双端硅烷
和增殖，以及大鼠嗜铬细胞瘤（PC12）细胞的分化 （ DSi ）为硅烷偶联剂对羟基多壁碳纳米管
和自发神经突向外生长。但该方法在 CNT 表面产生 （OH-CNT）进行功能化，制备了两种不同类型的
的缺陷部位非常稀疏，并不能使 CNT 在聚合物中得 硅烷化多壁碳纳米管的硬质聚氨酯泡沫纳米复合
到良好分散。 材料，如图 4 所示。探讨了不同类型的硅烷化多壁
碳纳米管对硬质聚氨酯泡沫纳米复合材料性能的
影响。
图 3 CNT 的氧化方法 [52]
Fig. 3 Methods for the oxidation of CNT [52]
2.2 硅烷化反应改性
在羟基与硅烷试剂的烷氧基之间形成共价硅氧
烷键（Si—O—Si）基团被称为硅烷化反应，硅烷化
反应也常 用于 CNT 的改性。 段华锋等 [53] 用
H 2 O 2 -FeSO 4 试剂处理多壁碳纳米管（MWCNTs），
得到的羟基化 MWCNTs 再与硅烷偶联剂反应分别
制备了缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷改性的
MWCNTs（MWCNTs-KH560）和 3-氨基丙基三乙氧
基硅烷-环氧树脂改性 MWCNTs（MWCNTs-E51），
接着，MWCNTs-KH560 和 MWCNTs-E51 分别与含
羧基聚氨酯混合制备了 MWCNTs/PU 复合材料，考
察了不同链段环氧基团对复合材料性能的影响。结
果表明，接枝环氧基团后，MWCNTs 能明显地提高
复合材料的力学性能、热稳定性和导电率。与
MWCNTs-E51/PU 相比，MWCNTs-KH560/PU 的力
学性能、热稳定性和导电率都较高，但断裂伸长率
较低。分析认为，接枝的环氧基团可与 PU 链上的 图 4 Si-CNT 合成步骤和 Si-CNT 表面的氨基和氨基甲酸
羧基发生开环反应，形成的化学交联结构显著地提高 酯键之间形成氢键的示意图 [55]
了 MWCNTs 和 PU 之间的界面结合力。但 MWCNTs- Fig. 4 Schematic illustration of the Si-CNT synthetic steps
E51 接枝的较长有机链段起增塑作用，提高了 and representation of the formation of
hydrogen bonding between between amino and
MWCNTs 之间的隧道电阻，从而降低了复合材料的 carbamate bonds on the Si-CNT surface [55]
