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石墨烯 2018：碳纳米管在聚合物中用作热稳定剂

谢永堂

我们首先研究了各种表面改性的多壁碳纳米管（CNT）作为自由基清除剂的用途。使用电子自旋共振（ESR）和紫外/可见分光光度计（UV/Vis）分别测量改性碳纳米管对羟基（OH.）自由基和2,2-二苯基-1-三硝基苯肼（DPPH）自由基的自由基清除效率。ESR、UV/Vis 和拉曼光谱表明，所有 CNT 样品都是两种自由基的良好自由基清除剂，并且自由基清除效率随着改性 CNT 上缺陷位点含量的增加而增加。我们还研究了硅烷接枝碳纳米管对 OH 和 DPPH 自由基的自由基清除效率，发现随着硅烷接枝程度的增加，自由基清除效率降低，这是由于碳纳米管表面上硅烷接枝物的空间体积所致。我们使用 DSC 来研究硅烷接枝的 CNT 对乙烯基酯/苯乙烯树脂自由基引发的交联反应的放热峰的影响。发现硅烷接枝碳纳米管在不同程度上延迟交联反应：接枝程度越高，交联延迟越低。最后，我们评估了表面改性碳纳米管（CNT、bmCNT 和 CNT-COOH）作为聚氯乙烯（PVC）中的热稳定剂。将纯 PVC、CNT/PVC、bmCNT/PVC 和由四氢呋喃浇铸的 CNT-COOH/PVC 薄膜在浸没在 180°C 油浴中的试管中在 N2 中进行热老化一定时间。研究了 FTIR 和 UV-Vis 光谱以及老化 PVC 复合材料的变色情况，以了解 PVC 中共轭多烯结构的形成。结果发现，所有三种类型的少量（0.1 或 0.3 phr）CNT 都可以通过阻止共轭多烯结构的形成来稳定 PVC 的热降解，其顺序为 bmCNT > CNT > CNT-COOH。此外，刚果红试验和pH测量对PVC热老化过程中的脱氯化氢进行了研究。bmCNT 也是所研究的三种纳米管中最有效的热稳定剂，可耐受 PVC 中的 HCl 降解。这种新开发的以CNT为添加剂的PVC复合材料可以为高热稳定性PVC的发展提供有效的途径。结果发现，所有三种类型的少量（0.1 或 0.3 phr）CNT 都可以通过阻止共轭多烯结构的形成来稳定 PVC 的热降解，其顺序为 bmCNT > CNT > CNT-COOH。此外，刚果红试验和pH测量对PVC热老化过程中的脱氯化氢进行了研究。bmCNT 也是所研究的三种纳米管中最有效的热稳定剂，可耐受 PVC 中的 HCl 降解。这种新开发的以CNT为添加剂的PVC复合材料可以为高热稳定性PVC的发展提供有效的途径。结果发现，所有三种类型的少量（0.1 或 0.3 phr）CNT 都可以通过阻止共轭多烯结构的形成来稳定 PVC 的热降解，其顺序为 bmCNT > CNT > CNT-COOH。此外，刚果红试验和pH测量对PVC热老化过程中的脱氯化氢进行了研究。bmCNT 也是所研究的三种纳米管中最有效的热稳定剂，可耐受 PVC 中的 HCl 降解。这种新开发的以CNT为添加剂的PVC复合材料可以为高热稳定性PVC的发展提供有效的途径。3 phr）可以通过阻止共轭多烯结构的形成（按 bmCNT > CNT > CNT-COOH 的顺序）来稳定 PVC 的热降解。此外，刚果红试验和pH测量对PVC热老化过程中的脱氯化氢进行了研究。bmCNT 也是所研究的三种纳米管中最有效的热稳定剂，可耐受 PVC 中的 HCl 降解。这种新开发的以CNT为添加剂的PVC复合材料可以为高热稳定性PVC的发展提供有效的途径。3 phr）可以通过阻止共轭多烯结构的形成（按 bmCNT > CNT > CNT-COOH 的顺序）来稳定 PVC 的热降解。此外，刚果红试验和pH测量对PVC热老化过程中的脱氯化氢进行了研究。bmCNT 也是所研究的三种纳米管中最有效的热稳定剂，可耐受 PVC 中的 HCl 降解。这种新开发的以CNT为添加剂的PVC复合材料可以为高热稳定性PVC的发展提供有效的途径。bmCNT 也是所研究的三种纳米管中最有效的热稳定剂，可耐受 PVC 中的 HCl 降解。这种新开发的以CNT为添加剂的PVC复合材料可以为高热稳定性PVC的发展提供有效的途径。bmCNT 也是所研究的三种纳米管中最有效的热稳定剂，可耐受 PVC 中的 HCl 降解。这种新开发的以CNT为添加剂的PVC复合材料可以为高热稳定性PVC的发展提供有效的途径。

科学家们在 20 世纪 90 年代初首次描述了碳纳米管。从那时起，这些微小的圆柱体就成为了减少技术设备及其组件尺寸的探索的一部分。碳纳米管（CNT）具有非常理想的性能。它们比钢好一百倍，重量却是钢的六分之一。他们有无数铜的导电性和导热性的实例。而且它们几乎不存在大多数金属常见的环境或物理降解问题，例如热收缩和生长或侵蚀。

碳纳米管有聚集的倾向，形成管“团块”。为了在应用中利用它们的卓越特性，需要将它们分散。但它们不溶于许多液体，这使得它们的均匀分布过程变得困难。

科学家们开发了一种方法，可以“剥离”聚集的碳纳米管团块并将其分散在溶剂中。它包括将管子包裹在聚合物中，使用现在不涉及电子共享的键。该方法称为非共价聚合物包裹。虽然通过共价聚合物包裹共享电子会导致更稳定的键合，但它还改变了碳纳米管的固有适用范围。因此，在大多数情况下，非共价包裹被认为是最好的，因为它对管子造成的损害最小。

他们确定多种聚合物可用于碳纳米管的非共价包裹。最近，许多聚合物分散剂已经被开发出来，它们不仅可以分散碳纳米管，还可以为其添加新的功能。这些聚合物分散剂现已在许多领域得到广泛诊断和利用，包括生物技术和强度应用。

例如，用生物相容性物质稳定包裹的碳纳米管在生物医学中极具吸引力，因为它们除了产生免疫反应之外，还具有忽略有机限制的令人难以置信的能力。因此，聚合物包裹的碳纳米管在药物输送附近具有很高的应用前景。

此外，将碳纳米管包裹在聚合物中可以改善其在光伏电池中的光伏功能，例如，当聚合物具有类似光接收颜料的功能时。

由于聚合物的设计可以轻松定制，因此预计聚合物包裹的碳纳米管的功能将得到类似的改进，并且将开发出使用它们的新应用。

所有纳米管都被预测为沿管轴的优异热导体，表现出被视为弹道传导的特性，但在管轴横向上是合适的绝缘体。显示单壁碳纳米管在室温下沿其轴的热导率约为 3500 Wm−1 K−1。这个价格比铜的价格高出近 10 倍，铜是一种以其精确的导热系数（385 Wm−1 K−1）而闻名的金属。SWCNT 在径向路径上的室温导热系数约为 1.52 W/m/K2，与土壤的导热系数非常吻合。碳纳米管的温度平衡估计在真空中高达 2800°C，在空气中约为 750°C。

功能化提高了溶解度和可加工性，并允许将纳米管的特殊结构与不同材料的结构相结合。它还改善了纳米管与其他实体（例如溶剂、聚合物和其他天然分子）以及与其他纳米管的相互作用。与原始纳米管相比，功能化纳米管显示出独特的机械和电性能，因此可用于无数的应用。

碳纳米管的出色性能，例如高电性和刚度，使其成为结构应用的理想选择。目前，聚合物纳米复合材料是碳纳米管最大的应用领域之一。碳纳米管的独特性能与聚合物的可轻松定制的特性相结合，为多功能碳纳米管-聚合物纳米复合材料的发展提供了向上的推动力。碳纳米管作为填充材料的出现有助于人们认识到碳纳米管-聚合物纳米复合材料作为下一代优异的结构材料。然而，碳纳米管的发明进一步推动了聚合物纳米复合材料的研究，使其具有广泛的应用前景