多壁碳纳米管的表面改性及其在防火涂料中的应用
多壁碳纳米管缩写
多壁碳纳米管缩写
多壁碳纳米管，英文缩写为MWCNTs（Multi-Walled Carbon Nanotubes），是由数层单壁碳纳米管相互包裹而成的碳纳米管结构。
其具有优异的力学、电学、导热和阻隔性能，在材料科学、电子学等领域有着广泛的应用前景。
一、MWCNTs的制备方法：
1. 化学气相沉积（CVD）法：利用化学反应在催化剂表面生长碳纳米管。
此法对于控制管径、墙数和长度具有较好的效果。
2. 空气氧化剂热法：在高温下将碳纤维直接暴露在空气氧化剂中，可制备出MWCNTs。
此方法制备简单，但产品质量较难控制。
二、MWCNTs的应用领域：
1. 复合材料：MWCNTs与聚合物、金属等材料复合后，可提高复合材料的力学强度和导电性能。
2. 电子学：MWCNTs有优异的电学性能，可应用于电极、电池等电子器件中，并有望代替传统的铜、铝等金属材料。
3. 储氢材料：利用MWCNTs的高比表面积和优异的化学稳定性，可将氢气吸附于其表面，实现氢气存储。
4. 污染物处理：MWCNTs具有较强的吸附能力，可用于处理水中的废水、有机物污染物等。
5. 传感器：MWCNTs的导电性能、力学性能和化学稳定性均具优异表现，可用于制备各种传感器。
三、MWCNTs的环境风险：
虽然MWCNTs在各个领域均具有广泛的应用前景，但其环境风险也不容忽视。
MWCNTs具有极小的直径和高比表面积，难以被传统的废水处理方法去除，可能对生物体造成潜在的长期和不可逆的毒性影响。
综上所述，MWCNTs作为一种新型的碳纳米材料，在材料科学、电子学等领域应用前景巨大，但其环境风险需要引起足够的重视。
对苯二甲酸表面修饰多壁碳纳米管的研究
（ ＴＰＡ） Ｔｈ ｏ ａ ｅｏ ． ｅｄ ｓ ｇ ｆⅣ陬 Ｉ ｔｅ ｔｍｐ ｒ ｔ ｒ ｎ ｉ ｉｈ ａｅ ｉ ａ ｔ ｇ ｔ ｅｒ ａｔｏ ｒ ｎ ｅ ｔｇ ｔｄ Ｔｈ Ｔ， ｈ ｅ ｅａｕ ｅ ａ ｄ ｔ ｍｅ ｗｈ ｃ ｒ ｍｐ ｃｉ ｈ ｅ ｃｉｎ ｗｅ ｅｉｖ ｓｉａｅ ． ｎ ｅ ｃ ｎ ｉｕ ａｉｎ ａ ｄ ｓｒ ｃｕ ｅｏ ｈ ａ ｌ ｒ ｈ ｒ ｃｅｉｅ ｙＳ Ｍ ｎ ｏ ｆ ｒ ｔ ｎ ｔｕ ｔｒ ｆ ｅｓｍｐ ｅｗｅｅｃ ａ ａ ｔｒｚ ｄｂ Ｅ ａ ｄ ｇ ｏ ｔ ｅｒｓ ｌｓｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｅｄ ｓｇ ｆ ｅ ｕｔ ｈ ｗ ｔｗｈ ｎｔ ｏ ａ ｅｏ ｈ ｈ
Байду номын сангаас
ＭＷＮＴ ｉ １ ． ６ （ ｔ ， ｅｃｉｇ５ ｔ ４ ￣ ｔｅｍｏ ｉｃｔ ｎｉ ｂ ｔ ｒ １７ ｗ ％） ｒａｔ ｈａ ５ ｈ ｄｆ ａｉ ｅｔ ． ｓ ｎ １ Ｃ， ｉ ｏ ｓ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ｙｗｏｄ ｍ ｕｔ ｗａｌｄ ｃｒ ｏ ａ ｏｕ ｅ ，ｔｒｐ ｔ ａｉ ｃｄ ｕ ｆｃ ｄｆ ａｉｎ ｌｉ ｌ ａ ｂ ｎｎ ｎ ｔ ｂ ｓ ｅ ｅ ｈ ｈ ｌ ａ ｉ ，ｓ ｒａ ｅｍｏ ｉｉ ｔ － ｅ ｃ ｃ ｏ
摘 要 选用苯二 甲酸 （ Ｐ 为改 性剂 ， 过 酯化 反 应对 多壁碳 纳 米 管 （ Ｔ Ａ） 通 ＭＷＮＴ） 行 了表 面修 饰 ， 论 了 进 讨
ＭＷＮ 的用量、 Ｔ 反应温度及反应 时间对修饰 效果的影响 ， 过红外光谱（Ｒ 和扫描电镜（ Ｅ 表征 了 品的形貌与 通 Ｉ） Ｓ Ｍ） 样 结构 。结果表 明， ＭＷＮＴ用量为 ｌ． ６ （ １ ７ 质量 分数 ）反 应温度为 １ ５ 反应 时间为 ５ 、 ４ ℃、 ｈ时， Ａ 对 ＭＷＮＴ 的修 饰 ＴＰ
一种仿细胞膜聚合物用于碳纳米管表面改性
32008202201收稿,2008205209修稿;国家自然科学基金(基金号20774082,50703036)、国家高技术研究发展计划(863计划,项目号2006AA03Z 329,2006AA03Z 444)、浙江省科技计划项目(项目号2007C24008)和教育部“新世纪优秀人才计划”(项目号NCET 20520527)资助;33通讯联系人,E 2mail :jijian @・研究简报・一种仿细胞膜聚合物用于碳纳米管表面改性3徐方明 徐建平33 计 剑33 沈家骢(浙江大学高分子科学与工程学系教育部高分子合成与功能构造重点实验室 杭州 310027)摘 要 以新型含有磷酸胆碱基的仿细胞膜两亲聚合物———胆固醇封端的聚(22甲基丙烯酰氧基乙基磷酸胆碱)(CP MPC )为表面稳定剂实现碳纳米管的表面改性,利用两亲聚合物中的胆固醇疏水段与碳纳米管表面进行非共价键的稳定结合,通过两亲聚合物中聚(22甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱)(P MPC )亲水段实现其水溶性和生物相容性.并以商业可获得的典型两亲分子,末端为胆固醇的聚氧乙烯(CPEG )和卵磷脂,为对照进行研究.研究表明CP MPC 和CPEG 均具有比卵磷脂更高的对碳纳米管进行分散的能力.而CP MPC 改性的碳纳米管比CPEG 改性的碳纳米管具有更优的稳定性和生物相容性,通过新型仿细胞膜聚合物改性的碳纳米管在生物医用领域有潜在应用.关键词 碳纳米管,磷酸胆碱,细胞膜仿生,生物相容性 作为一种优异的纳米材料,碳纳米管在生物传感器、生物反应器、热治疗、药物传递和基因传递等生物医学领域的潜在应用受到广泛关注.但碳纳米管难以在水或有机溶剂中进行溶解和分散的问题成为其在生物医学领域应用的主要技术障碍.在现有的解决其溶解性和分散性问题的种种方法中,通过使用两亲分子对碳纳米管进行物理分散的方法具有相当的优势.两亲分子的疏水段和碳纳米管表面发生非共价键相互作用,实现两亲分子在碳纳米管表面的结合,而亲水段则赋予碳纳米管分散性和水溶性.物理分散的方法简便易行[1],而且在物理分散的过程中,碳纳米管的结构和优异性能被充分保留[2].然而物理分散方法中,用于分散碳纳米管的两亲分子一般本身具有潜在的毒性,成为限制这种方法在生物医学领域应用的主要因素之一[3].最近的研究表明[4],以胆固醇为疏水段,以仿细胞膜结构的聚甲基丙烯酸磷酸胆碱酯为亲水段的两亲性分子CPMPC 所形成的胶束体系具有良好的生物相容性,能够有效地实现疏水性抗癌药物阿霉素的包埋与释放.胆固醇和磷酸胆碱类磷脂分子都是细胞膜的重要组成部分,具有良好的生物相容性[5].分子模拟的结果表明胆固醇和碳纳米管表面具有较强的结合力[6].此外,细胞膜外层带有等量正电荷和负电荷的卵磷脂的极性磷酸胆碱基团可以与水分子形成非常牢固的水合层[7],人们已经采用卵磷脂作为稳定剂实现了碳纳米管在水溶液中的有效分散[8].进一步的研究表明,随两亲分子中的亲水段分子量增加,其提供的空间排斥能力增强,因而对碳纳米管的分散能力也增强[9].因此,通过对两亲分子的亲水段和疏水段进行合理的仿生设计,成为解决常规物理分散方法中两亲分子的毒性和分散能力较低等问题的可能途径[10].本文选用以胆固醇为疏水段,以仿细胞膜磷酸胆碱基聚合物为亲水段的两亲分子CPMPC ,并以商业可获得的典型两亲分子,末端含胆固醇的聚氧乙烯(CPEG )和卵磷脂为对照,通过紫外跟踪和细胞培养等手段,研究CPMPC 用于改善碳纳米管的水溶性、稳定性和生物相容性的有效性.1 经过两亲分子改性的碳纳米管的制备仿细胞膜磷酸胆碱基两亲聚合物分子设计及其制备参照文献[11]方法进行,两亲分子α2胆固醇2聚氧乙烯(CPEG )由Nihon Emulsion C o.Ltd.提供,所用聚合物的基本性质见表1.卵磷脂购自上海华东师范大学化工厂.荧光光谱在FP 2770(Japan S pectroscopic )光谱仪上测定.碳纳米管购自深圳纳米港有限公司(多壁碳纳米管,直径40第10期2008年10月高 分 子 学 报ACT A PO LY MERIC A SI NIC AN o.10Oct.,20081006～60nm )直接使用.称取一定量的碳纳米管加入到特定浓度的两亲分子水溶液,在K Q2200型超声清洗器中进行超声处理(100W ,40kH z )超声处理30s 后,静置一定时间,取上层清液,便得到经过两亲分子改性的碳纳米管的水溶液.T able 1 Properties of the am phiphilic polymers Sam ple M n C MC a (mg Πm L )CPMPC 7917b 23118×10-3CPEG2300c3124×10-3aCalculated from the excitation spectra of pyrene as a function of polymer concentrations in water ;bM olecular weight from the 1H 2NMR results ;cM olecular weight from supplier2 不同浓度两亲分子水溶液分散碳纳米管能力测试精确配制一系列不同浓度的两亲分子水溶液.称取25mg 碳纳米管加入到3m L 上述溶液中,超声处理30s ,静置115h ,取上清液稀释31倍后,在Shimadzu UV 22055紫外光谱仪上测定600纳米处的紫外吸收值.每个样本平行测定取平均值.利用碳纳米管在600nm 处的吸收值与溶液中碳纳米管浓度的线性定量关系[12],对不同浓度的两亲分子对碳纳米管分散能力进行比较研究,其结果见图1.结果表明,CPMPC 和CPEG 对碳纳米管的分散能力随着聚合物溶液浓度的升高而增加,而且在相同浓度下,CPMPC 溶液对碳纳米管的分散能力略高于CPEG 的分散能力,均显示出比卵磷脂溶液具有更高的对碳纳米管的分散能力.进一步与标准曲线的对照实验表明,1mg Πm L 的CPMPC 水溶液可以有效分散碳纳米管的浓度为11705mg Πm L ,1mg Πm L 的CPEG 的水溶液为11468mg Πm L ,而卵磷脂水溶液最高的分散能力为01326mg Πm L.说明具有较长磷酸胆碱基聚合物链的CPMPC 比单个磷酸胆碱基团的卵磷脂具有更强的分散能力.3 聚合物水溶液分散碳纳米管的稳定性测试称取15mg 碳纳米管加入到3m LCPMPC 和CPEG 聚合物水溶液(2mg Πm L ),摇匀后测定溶液在600nm 处的透光率在6h 内随时间的变化.经过聚合物改性的碳纳米管在水溶液中的稳定性对比见图2.由于溶液的透光率与分散在溶液中的碳纳米管的浓度成反比,因此透光率的增大表明碳纳米管在水溶液中的浓度降低.结果表明,经过CPEG 改性的碳纳米管在水中沉降较快,在360min 时透光率已经达到1110%.而经过CPMPC 改Fig.1 C om paris on of CNTs s olubility in differentconcentrations of am phiphiles aqueous s olution (a )CPMPC ,(b )CPEG and (c )lecithin性的碳纳米管在水中沉降缓慢,具有显著的稳定性,在360min 时透光率仅为0157%.这说明CPMPC 改性的碳纳米管比CPEG 改性的碳纳米管在水溶液中的具有更好的稳定性.Fig.2 C om paris on of stability in aqueous s olution between (a )CPMPC coated CNTs and (b )CPEG coated CNTs4 经过聚合物改性的碳纳米管的细胞相容性评价将人脐静脉内皮细胞系H UVEC304的细胞悬液种植到96孔聚苯乙烯培养板中,每孔8000个细胞,补加R oswell Park Mem orial Institute 1640(RPMI 1640)细胞培养液至180μL ;在C O 2体积分数为5%的37℃培养箱中培养24h 后,加入20μL 经过聚合物分散的碳纳米管水溶液,控制碳纳米管的浓度为30μg Πm L ,聚合物浓度为100μg Πm L ,在空白对照样品中加入培养液20μL ,继续培养不同时间后,参照文献[4]的方法测定细胞活性和观察细胞形态.细胞形态通过BI O 2RAD2000激光共聚焦显微镜进行观察.700110期徐方明等:新型仿细胞膜聚合物用于碳纳米管表面改性在控制培养基中碳纳米管的浓度为30μg Πm L ,聚合物浓度为100μg Πm L 存在条件下,人脐内皮细胞H UVEC304分别培养24h 、48h 和96h 后,细胞活性检测结果见图3.经CPEG 改性的碳纳米管存在条件下,培养24h 后细胞的活性已经降至4017%,并且随培养时间逐渐降低,培养48h 后细胞活性为2513%,而培养96后细胞的活性已经降至717%,表明经CPEG改性的碳纳米管具有明显的细胞毒性.而在仿生聚合物CPMPC 改性的碳纳米管存在条件下,细胞培养24h 、48h 和96h 细胞后,其活性分别为9910%、10019%、9818%,显示出很小的细胞毒性.可见经过细胞膜仿生聚合物CPMPC 改性的碳纳米管比经过CPEG 改性的碳纳米管具有更小的细胞毒性.Fig.3 The cell viability of HUVEC304incubated with (a )CPMPC coatedCNTsand(b)CPEG coated CNTs 在将经过聚合物改性的碳纳米管加入培养基并继续培养后,通过荧光模式对细胞形态进行观察的结果见图4.在CPEG 改性碳纳米管存在条件下,细胞经过培养24h 后,显示出圆形收缩状态,而继续培养到96h 后,已经没有可观察到的细胞存在.CPEG 改性的碳纳米管在细胞培养过程中显现出细胞毒性的原因可能在于CPEG 这种两亲分子自身具有一定的细胞毒性[4],在碳纳米管的分散体系中,溶液中残存的未与碳纳米管结合的两亲分子;而且通过两亲分子分散碳纳米管的方法中,可能存在碳纳米管上结合的两亲分子与溶液中残存的两亲分子的交换,这就会在增溶体系中引入毒性.与此明显不同的是,CPMPC 两亲分子由于自身具有优异的生物相容性[4],用于对碳纳米管进行改性,细胞在所得碳纳米管分散体系中经过24h 和96h 的培养后,其细胞形态均和自有培养基存在条件下的空白对照的细胞形态相近,细胞呈铺展状态,数量较多,显示细胞呈正常的生长状态.可见CPMPC 改性碳纳米管的存在的不会影响细胞正常生长.细胞活性测定和细胞形貌观察的结果都表明,CPMPC 改性碳纳米管具有良好的细胞相容性.5 结论对两亲分子的亲水段和疏水段进行合理的仿生设计,是解决物理分散碳纳米管方法中存在的Fig.4 Fluorescence m icrographs of the HUVEC304cells stained with FDA (a )incubated with CPEG coated CNTs for 24h ,(b )incubated with CPMPC coated CNTs for 24h ,(c )incubated in pure culture media for 24h ,(d )incubated with CPEG coated CNTs for 96h ,(e )incubated with CPMPC coated CNTs for 96h ,(f )incubated in pure culture media for 96h All the images were magnified 2002folds.8001高 分 子 学 报2008年潜在毒性和分散能力低等问题的有效途径.磷酸胆碱基细胞膜仿生聚合物CPMPC 可有效改善碳纳米管的水溶性、稳定性和生物相容性,所获得的高稳定性、高生物相容性碳纳米管在生物医学领域有广泛的应用前景.REFERENCES1 ChLin Y,T aylor S ,Li H ,Fernando K A S ,Qu L ,W ang W ,G u L ,Zhou B ,Sun Y P.J M ater Chem ,2004,14:527～5412 Y uan W angzhang (袁望章),Zhao Hui (赵辉),Xu Haipeng (徐海鹏),Sun Jingzhi (孙景志),Lam J W Y,M ao Y u (毛宇),Jin Jiake (金佳科),Zhang Shuang (张双),Zheng Qiang (郑强),T ang Benzhong (唐本忠).Acta P olymerica S inica (高分子学报),2007,(10):901～9043 Is obe H ,T anaka T ,M aeda R ,N oiri E ,S olin N ,Y udasaka M ,I ijima S ,Nakamura E.Angew Chem Int Ed ,2006,45:6676～66804 Xu J P ,Ji J ,Chen W D ,Shen J C.J C ontrol Release ,2005,107:502～5125 Y u G uanhua (余贯华),Ji Jian (计剑),Shen Jiacong (沈家骢).Acta P olymerica S inica (高分子学报),2006,(1):136～1406 Raczy ski P ,Dawid A ,Pi tek A ,G burski Z.Journal of M olecular S tructure ,2006,7922793:216～2207 Ishihara K,N omura H ,M ihara T ,K urita K,I wasaki Y,Nakabayashi N.J Biomed M ater Res ,1998,39:323～3308 Wu Y,Huds on J S ,Lu Q ,M oore J M ,M ount A S ,Rao A M ,Alex ov E ,K e C P.J Phys Chem B ,2006,110(6):2475～24789 M oore V C ,S trano M S ,Haroz E H ,Hauge R H ,Smalley R E ,Schm idt J ,T alm on Y.Nano Letters ,2003,3(10):1379～138210 Pu M ing (浦鸣),Ji Jian (计剑),Li X iaolin (李晓林),Shen Jiacong (沈家骢).Acta P olymerica S inica (高分子学报),2006,(5):703～70611 Xu J P ,Ji J ,Chen W D ,Shen J C.M acrom ol Biosci ,2005,5:164～17112 Sun Y P ,Huang W ,Lin Y,Fu K,K itayg orodskiy A ,Riddle L A ,Y u YJ ,Carroll D L.Chem M ater ,2001,13(9):2864～2869A CE LL MEMBRANE BIOMIMETIC POLYMER FOR SURFACEMODIFICATION OF CARBON NAN OTUBESX U Fangming ,X U Jianping ,J I Jian ,SHE N Jiacong(Department o f Polymer Science and Engineering ,K ey Laboratory o f Macromolecule Synthesis and Functionalization o fMinistry o f Education ,Zhejiang Univer sity ,Hangzhou 310027)Abstract A novel biomimetic am phiphilic polymer ,cholesterol 2end 2capped poly (22methacryloyloxyethyl phosphorylcholine )(CPMPC ),was used as surfactant to achieve water s oluble and biocom patible carbon nanotubes (C NTs ).Crude C NTs were facilely dispersed in aqueous media by ultras onication with the help of CPMPC ,with cholesterol 2end 2capped PEG (CPEG )and lecithin as controls.The ability of the novel biomimetic am phiphile to s olubilize and stabilize the C NTs was investigated by UV spectra.The s olubility of C NTs in 1mg Πm L CPMPC and CPEG aqueous s olutions was found to be 11705mg Πm L and 11468mg Πm L ,respectively.The s olubility of C NTs ,in 018mg Πm L lecithin was ,however ,only 01326mg Πm L.Furtherm ore ,CPMPC coated C NTs precipitated quite slowly com pared with CPEG coated C NTs ,which indicated better stabilizing ability of CPMPC.Cell culture was used to evaluate the biocom patibility of the am phiphiles stabilized C NTs using MTT assay and cell m orphology observation.While CPEG coated C NTs showed obviously detrimental effect on the growth of H UVEC304cells ,CPMPC coated C NTs did not exhibit obvious toxicity.The biocom patible CPMPC coated C NTs represent an excellent nano 2object for potential biomedical applications.K eyw ords Carbon nanotubes ,Phosphorylcholine ,Biomimetic ,Biocom patibility900110期徐方明等:新型仿细胞膜聚合物用于碳纳米管表面改性。
羧基化多壁碳纳米管化学式
羧基化多壁碳纳米管化学式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：羧基化多壁碳纳米管是一种具有重要应用价值的材料，其化学式为CnHmO2，其中n和m分别代表碳原子和氢原子的数量。
羧基化多壁碳纳米管具有良好的化学稳定性、导电性和光学性能，被广泛应用于催化、储能、传感、药物传输等领域。
羧基化多壁碳纳米管的制备方法有多种，其中最常见的是氧化-还原法和化学修饰法。
氧化-还原法是将碳纳米管在强氧化剂的作用下氧化产生羧基功能团，然后通过还原剂将其还原为羧基化碳纳米管。
化学修饰法是将未处理的多壁碳纳米管与含有羧基官能团的化合物进行反应，将羧基引入碳纳米管表面。
羧基化多壁碳纳米管具有很强的表面活性，可以与金属纳米颗粒、有机分子等发生化学反应，形成复合材料。
这些复合材料在催化反应、传感检测等方面具有重要的应用价值。
将羧基化多壁碳纳米管与贵金属纳米颗粒结合，可以提高催化反应的效率和选择性，广泛应用于化学合成、环境保护等领域。
羧基化多壁碳纳米管还可以作为药物传输载体，将药物通过化学修饰与其结合，实现药物的定向释放和靶向输送，提高药物的生物利用度和抗肿瘤能力。
羧基化多壁碳纳米管本身具有良好的生物相容性，不易被人体免疫系统排斥，可有效提高药物的作用时间和疗效。
第二篇示例：羧基化多壁碳纳米管是一种具有许多潜在应用价值的纳米材料，它通过在多壁碳纳米管表面引入羧基基团而具有改良的化学性质和功能。
本文将介绍羧基化多壁碳纳米管的化学式、制备方法、性质及应用等方面的内容。
我们来看一下羧基化多壁碳纳米管的化学式。
羧基化多壁碳纳米管是指在多壁碳纳米管表面引入羧基（-COOH）基团后得到的产物。
其化学式一般可以表示为C_xH_yO_z，其中x、y、z分别表示碳、氢、氧的原子个数。
羧基化多壁碳纳米管的结构可以在化学式中体现出来，羧基基团的存在会改变多壁碳纳米管的化学性质和表面性质，从而赋予材料新的应用潜力。
羧基化多壁碳纳米管的制备方法一般可以通过化学修饰、酸处理、氧化等方法来实现。
碳纳米管表面改性及其吸附水中污染物的研究进展
化 工 技 术 与 开 发
第 ４３卷
酸钠溶 液处 理纯 化碳 纳米管 ，碳 纳米 管被剪 短 ，表面 是 以无组织 的非 晶体状态 附着 于 ＭＷＮＴｓ的 ，相 比
被含 氧 官能 团修饰 ，改 性碳 纳 米 管对 Ｐｂ 的吸 附量 ＭＷＮＴｓ，对 Ｃｕ 的 吸 附能 力提 高 了 １００％，ＭｎＯ，最
摘 要：简述 了碳 纳米管的结构 、性质及 优异的吸附性能 ，介绍 了碳 纳米管 的表 面改性 方法 ，总结 了对不 同
目标物吸 附效果 的差 异。表面改性有利于碳纳米 管对水 中重金属离子 的吸附 ，对不同的有机污染物而言 ，不 同的
修饰官能团的吸附效果差异较大 。指出了吸附竞争和提高选择性等是未来需要研究的方向。
碳纳米管为疏水性材料 ，其范德华引力较强 ，表
发生相互作用 ，一般在 中空管腔 内壁和端 口处发生 氧化反应 ，引入化学官能 团，大 幅提高 了其 比表 面 积 ，并加强了在非极性溶剂中的分散性。
共 价 键 修饰 改 性 最 先是 通 过 氧化 剂 化 学 切割 ， 采 用混 酸 和其他 氧化 性溶 液 氧化碳 纳米 管并 用于水 中污染物 的吸附试 验研 究。王荣华等 嘲采用次氯
和有机化合物废水处理的常用方法之一 ，其 中吸附 时在表面修饰一定数量 的活性官能 团，从而改善水
法应 用 比较广 泛 ［１－２１。
相 中碳纳 米管 吸 附有毒 有害 污染 物 的特性 。表 面官
碳纳米管是具有独 特 中空结构 的一维纳米 材 能化 改性 是 吸附水 中痕 量或 低浓 度 的 目标 污染物 的
１ 碳纳米管 的结构和性质
２ 改性 方 法
最初 碳纳 米管 表 面改性 是通 过共 价键 修饰来 实 现 的，之后学 者为了保 持其 良好的结构性能 ，逐渐 采用非共价键法改性 ，包覆或负载金属、氧化物 、氮 化物、硫化物 、生物分子等以实现碳纳米管的表面改
原位生长的CNTs@MoS2_杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能
表面技术第53卷第4期原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能王晓明1，朱耿增1，金义杰2，贾丹2*，段海涛2，詹胜鹏2，杨田2，凃杰松2，章武林2，马利欣2（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250003；2.武汉材料保护研究所特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室，武汉 430030）摘要：目的设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。
方法以碳纳米管（CNTs）、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵（CTAB）、硫脲为原料，通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS2杂化物，并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。
再将CNTs@MoS2杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料（CNTs@MoS2/WES）中，通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。
结果与WES（膨胀倍率为3.90）、CNTs /WES涂层（膨胀倍率为6.04）、MoS2/WES涂层（膨胀倍率为 4.59）相比，CNTs@MoS2/WES涂层具有最高的膨胀倍率（8.88）。
CNTs@MoS2/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40 min后背面温度最低（133.3 ℃），这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。
结论制备的CNTs@MoS2杂化物表现出稳定的网络交织结构，有效提高了它在涂料中的分散性能。
此外，CNTs@MoS2/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于：1）CNTs@MoS2/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面，阻隔了热量的传递；2）CNTs的添加增强了炭焦层的致密性，抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏，提升了涂层膨胀倍率；3）MoS2提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成，减少了裂纹和孔隙的产生。
关键词：碳纳米管（CNTs）；二硫化钼（MoS2）；协同效应；耐火性能；阻燃机理中图分类号：TQ328.3 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)04-0200-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.04.019Fire Resistance and Thermal Insulation of in Situ-grown CNTs@MoS2Hybrids Enhanced Waterborne Intumescent Flame-retardant Coatings WANG Xiaoming1, ZHU Gengzeng1, JIN Yijie2, JIA Dan2*, DUAN Haitao2,ZHAN Shengpeng2, YANG Tian2, TU Jiesong2, ZHANG Wulin2, MA Lixin2(1. State Grid Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250003, China; 2. State Key Laboratory of Special SurfaceProtection Materials and Application Technology, Wuhan Research Institute of Materials Protection, Wuhan 430030, China)收稿日期：2023-02-25；修订日期：2023-08-24Received：2023-02-25；Revised：2023-08-24基金项目：国家电网公司总部科技项目（5500-202216111A-1-1-ZN）Fund：State Grid Corporation Headquarters Science and Technology Program (5500-202216111A-1-1-ZN)引文格式：王晓明, 朱耿增, 金义杰, 等. 原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能[J]. 表面技术, 2024, 53(4): 200-210.WANG Xiaoming, ZHU Gengzeng, JIN Yijie, et al. Fire Resistance and Thermal Insulation of in Situ-grown CNTs@MoS2 Hybrids Enhanced Waterborne Intumescent Flame-retardant Coatings[J]. Surface Technology, 2024, 53(4): 200-210.*通信作者（Corresponding author）第53卷第4期王晓明，等：原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能·201·ABSTRACT: Fire is one of the most significant issues affecting the durability of steel constructions, which not only limits their application in industrial engineering but also seriously threatens the safety of personnel present. The latest ecologically friendly and aesthetic flame-retardant technology is a intumescent flame-retardant coating made from a triple system composed of ammonium polyphosphate, pentaerythritol, and melamine (P-C-N). However, its fire resistance and protective capacity are still insufficient.To address this problem, a waterborne intumescent flame-retardant coating with outstanding fire resistance and thermal insulation properties was designed and developed. The carbon nanotubes (CNTs), hexadecyl trimethyl ammonium bromide (CTAB), and thiourea were used as basic materials to synthesize novel CNTs@MoS2 hybrids through a straightforward one-step hydrothermal method. The composite hybrids were characterized using FT-IR, XRD, Raman spectroscopy and SEM techniques.FT-IR spectra showed that the CNTs were compounded with MoS2, and the absorption peaks of both CNTs and MoS2 were observed on the curves of the CNTs@MoS2 hybrids. XRD spectra confirmed the diffraction peaks at 2θ=14.2°, 25.8°, 32.5°,37.4° and 57.2° for the CNTs@MoS2 hybrids, respectively. The Raman spectrum showed a higher I D/I G= 0.63 of CNTs@MoS2samples than that of CNTs (I D/I G=0.52) since the partial filling of the CNTs surface with MoS2 matrix. It was found that the hybrid of CNTs@MoS2 was composed of CNTs nanowires and molybdenum disulfide microspheres. Afterward, the synergist CNTs@MoS2 hybrid was dispersed in waterborne intumescent fireproofing coatings (CNTs@MoS2/WES), and their fire resistance and thermal insulation properties were evaluated by large-plate experiments and surface analyses of the coating and charred layers. SEM images showed that there were obvious cracks and pores on the WES, CNTs/WES and MoS2/WES coating surfaces. However, CNTs@MoS2/WES coatings displayed a smooth and dense surface, which could improve the barrier effect of the coatings. In general, the difficulty of heat transfer from the air to the substrate rose with the thickness of the expansion layer. It was confirmed that the expansion ratio of CNTs@MoS2/WES, CNTs/WES and MoS2/WES coatings were 8.88 times,6.04 times and 4.59 times, respectively, which was much higher than that of the WES coating (3.90 times), which indicated thatCNTs@MoS2 hybrids preferably promoted the fire resistance of the WES coating. In addition, CNTs@MoS2/WES coatings exhibited the lowest backside temperature (133.3 ℃) after 40 min of combustion, which confirmed their better thermal insulation properties. The morphology of the char layer of the coating was observed using the SEM technique. Results displayed that the char layer of CNTs@MoS2/WES coatings presented a more complete carbon coke layer with uniform and stable expansion structures and smaller pores, which effectively inhibited the transfer of external heat and oxygen to the steel surface.In brief, the prepared CNTs@MoS2 hybrids display a stable network hybridization structure, which effectively improves their dispersion performance in coatings. In addition, the excellent fire and thermal insulation properties of CNTs@MoS2/WES coatings are mainly attributed to 1) denser and more complete surfaces of coatings and their char layers; 2) dilution of heat and oxygen by carbon dioxide released during combustion; and 3) reduction of cracks and porosity via catalytic carbonation of MoS2.KEY WORDS: carbon nanotubes (CNTs); molybdenum disulfide (MoS2); synergistic effect; fire resistance; flame-retardant mechanism钢结构因其强度高、抵抗变形能力强、可重复使用等优点而逐渐成为工业、工程的重要组成部分[1-3]。
CNTs的表面修饰及其在EP纳米复合材料中应用的研究进展
Ｚ ｅｇｏｇ ｈｎｌ 等 首先用 混合 酸 （ ｏ： ） ｎ Ｖ Ｖ ＝３ １ 对 Ｃ Ｔ ：） Ｎｓ 进行 处理 ， Ｃ Ｔ 使 Ｎ ｓ表面 的羟基 与硅 烷偶 联剂 反应 得 其产 物， 然后用乳液 聚合法 将 乙烯基 咪唑 通过 Ｃ Ｃ 键 接枝 到 ＝ Ｃ Ｔ 表面 。Ｘ ｕｙｎ Ｎｓ ｕＧ ｏｏｇ等 利用氧化的 Ｍ Ｔ 与二氯亚 ＷＮ ｓ 砜反应 ， 再通过原位可逆加成 一 断裂链转移 活性 自由基 聚合 （ Ａ Ｔ 等 多步 反应将 Ｐ ＲＦ） ＭＭＡ ｂＰ ——Ｓ接枝 到 Ｃ Ｔ 上 ， Ｎ ｓ 这种单 体很容易被引 发聚合 ， 然后在 Ｃ Ｔ 侧 壁 进行增 长反 应 ， Ｎｓ 从
关键词
碳纳米管 分散 方法
环氧树 脂 纳米复合 材料 用氯 化亚砜将 羧基转换 成酰氯 ， 与 １ 一 再 巯基十一胺 反应 ， １
得 到 了含 有 硫 醇 基 团 的 改性 Ｓ Ｔ 。研 究 发 现 这 种 经 过 硫 ＷＮ ｓ
碳纳米管（ Ｎ ｓ 自从 １９ Ｃ Ｔ） ９ １年被 日本 Ｎ Ｃ公 司的 Ｓ Ｉ Ｅ ．ｉ — ｊ ａ ｉ …无 意中在电弧蒸 发石 墨电极 制备 Ｃ。 ｍ 时发现 以来 ， 以 其特殊的结构与优异的性能引起 了各 国科 学家 的广 泛兴趣 。 Ｃ Ｔ 是一种类 似石 墨结构 的六边 形 网格 卷绕 而成 的 、 Ｎｓ 两端 为半球形端帽 、 具有典型层状 中空结构 的材料 。根据石墨 片 层数的不同 ， Ｎ ｓ Ｃ Ｔ 可分为多壁碳 纳米管 （ ＭＷＮ ｓ 和单壁碳 Ｔ） 纳米管 （ＷＮ ｓ 。研究表明 ， Ｎ ｓ的密度只 有钢 的 １６ 强 Ｓ Ｔ） ＣＴ ／， 度却是钢的 １０倍 ， ０ 模量可达 １８Ｔ ａ Ｎ ｓ ． Ｐ 。Ｃ Ｔ 是典型 的一 维 纳米结构 ， 超强 的力 学 性 能 、 大 的 长 径 比 （ 般 大 于 其 超 一 １０ ） 极好 的化学和热稳 定性 、 ００ 、 良好 的光 电性 能 ， 其具 有 使 广泛应用于生物传感器 、 储氢 容器 、 超容量电容器 、 电激 励 机 器、 结构增 强材 料等方 面的应用前景 。 。 目前 ， 聚合 物／ Ｎ ｓ 对 Ｃ Ｔ 复合 材料 已有 广泛研究 ， 主要 这 是 因为 Ｃ Ｔ Ｎ ｓ的 ｃ ｃ共 价键 结构与 聚合 物材料 的链段 结构 — 相似 ， 能通过配位作用 与聚 合物材 料进行 复合 。因此 Ｃ Ｔ Ｎｓ 町作为增强材料 有效地 改善 聚合物材料 的力学性 能和 电学 性 能等 。但是 因为 Ｃ Ｔ 非常容 易聚集成 束或缠绕 ， 其是 Ｎｓ 尤 Ｓ Ｔ ＷＮ ｓ的直径更小 ， 容易 团聚而 影响 其在 基体 中 的分 散 更 性， 从而使 Ｃ Ｔ 的性能不能有 效发 挥 。因此 要制备性 能优 Ｎｓ 异的聚合物／ Ｎ ｓ Ｃ Ｔ 纳米复 合材 料 ， 先要 解决 的是 对 Ｃ Ｔ 首 Ｎｓ 进行表 面修饰 ， 以改善 Ｃ Ｔ 在 聚合物基体 中的分散性 。通 Ｎｓ 常对 Ｃ Ｔ 进行表 面修饰 、 Ｎｓ 引进功 能性基 团主要有有 机共价 键修饰 和有机非共价键修饰 两种 。
多壁碳纳米管的有机修饰与表征
多壁碳纳米管的有机修饰与表征刘道辉;吕兆萍;窦国庆;王海洋;王瑞海【摘要】In order to increase the multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) surface reaction properties, the organic diamine functionalized MWCNTs was obtained by treated MWCNTS with H2SO4 and HNO3 reluxed with SOC12 and synthesized 3,6 diamino-N-ethylcarbazole. FTIR was used to characterize their chemical structure. The IR results indicated that there were absorption peak in the 1617 and 1673cm-1, diamine are grafted on the MWCNTs and the dispersion of MWNTs in DMF is enhanced. MWCNTs still have electrical conductivity at room temperature of 67.8S-cm-1%为了增加多壁碳纳米管(MWCNTs)表面活性,通过浓H2SO4和浓HNO3处理过的MWCNTs与SOCl2回流进而与合成的N-乙基-3,6-二氨基咔唑反应,得到了有机修饰的MWCNTs.用傅立叶变换红外(FTIR)光谱对有机修饰的MWCNTs结构进行研究.研究结果结构表明:有机修饰的MWCNTs红外光谱在1617和1673cm-1处出现了吸收峰,在多壁碳纳米管上引入了胺基,增强了碳纳米管在DMF中的分散性,室温下有机修饰的MWCNTs仍具67.8S·cm-1的电导率.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2011(000)011【总页数】4页(P13-16)【关键词】多壁碳纳米管;N-乙基-3,6-二氨基咔唑;有机修饰;分散性;电导率【作者】刘道辉;吕兆萍;窦国庆;王海洋;王瑞海【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211000【正文语种】中文【中图分类】TB383多壁碳纳米管含有多层石墨烯片，形状像个同轴电缆。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第２４卷第４期２００９年１２月新型炭材料
ＮＥＷＣＡＲＢＯＮＭＡＴＥＲＩＡＬＳ
Ｖ０１．２４Ｎｏ．４Ｄｅｃ．猢
文章编号：１１２０７．８８２７（２００９）０４－０３４４－０５多壁碳纳米管的表面改性及其在防火涂料中的应用
邱军１，张世红２，王国建１，龚懿蕾１（１．同济大学材料科学与工程学院上海２０００９２；２．西南石油大学化学化工学院四川成都６１０５００）
摘要：利用两亲性聚合物对多壁碳纳米管（ＭＷＣＮＴｓ）进行改性，采用红外光谱、热重分析手段对改性ＭＷＣ—ＮＴｓ进行表征；将改性ＭＷＣＮＴｓ应用到膨胀型防火涂料体系中，研究了其对防火涂料性能的影响。结果表明：在适合的条件下两亲性聚合物可以被引入到多壁碳纳米管表面，改性后的ＭＷＣＮＴｓ在醋酸丁酯和水中具有良好的溶解性；合适含量的改性ＭＷＣＮＴｓ可以提高防火涂料受火后的炭化层强度和膨胀倍率，降低背温升高速率，增强涂层的抗开裂性能。关键词：碳纳米管；表面改性；防火涂料；两亲性聚合物；溶解性中图分类号：Ｔ８３８３文献标识码：Ａ
１—１－—ｊＬ１日ＩＪ吾
碳纳米管（ＣＮＴｓ）自１９９１年被发现以来…，其独特的一维纳米结构、超强的力学性能和优异的电性能，一直受到材料科学、化学及物理等领域研究者的青睐。但由于碳纳米管极易团聚、难于分散，成为实际应用的瓶颈。对碳纳米管进行表面改性，改善其分散性能是打开此瓶颈的有效途径【２引。碳纳米管的表面改性是通过碳纳米管与改性剂之间的物理或化学作用，改变碳纳米管的表面结构和状态，从而达到改性的目的卜４…。研究表明碳纳米管加入到涂料体系中，可以提高涂料的导电性能…。１２ｌ，但其在防火涂料体系中的应用鲜见报道。防火涂料又称阻燃涂料，属于一种特种功能涂料。防火涂料被涂覆于基材表面，当火灾发生时其能阻止火焰的传播，控制火势的发展，对内部结构起到有效的保护作用。防火涂料已经被广泛应用于公共建筑、车辆、飞机、舰船、古建筑及文物保护等方面。防火涂料按涂层受热后的状态通常分
为膨胀型防火涂料和非膨胀型防火涂料。膨胀型防火涂料受热后膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层，封闭被保护的物体，延迟热量向基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高造成的强度下降¨州Ｊ。目前使用的防火涂料由于本身组分、基体性能等原因，存在高温时容易发生开裂，热量向基材的传递速率较快等问题，而失去对内部结构的有效保护，严重影响防火涂料的防火性能。碳纳米管具有极高的强度，
良好的柔韧性，当其被弯曲、扭曲时，不会发生断裂，而仅在弯曲部位变得扁平¨引。将改性碳纳米管均匀地分散到防火涂料中，预计可以改善涂层的强度与韧性，防止高温开裂，提高涂料受火膨胀后炭化层的致密度，进而提高涂料的防火性能。为此，笔者采用双亲性聚合物对ＭＷＣＮＴｓ进行表面改性，并将其应用到防火涂料体系中，探索其对涂料性能的影响，为碳纳米管在防火涂料中的应用奠定实验和理论基础。
２实验２．１实验原料ＭＷＣＮＴｓ由中国科学院成都有机化学研究所提供，气相沉积法制备，平均直径为１０ｎｍ～２０ｎｍ，纯度大于９０％。聚乙烯基吡咯烷酮（ＰＶＰ），实验室自制，Ｍ。＝１５０００；其他防火基料和助剂均为工业品。２．２实验方法２．２．１ＭｗＣＭｒｓ的表面改性
ＭＷＣＮＴｓ原料首先进行纯化，具体方法为：将１００ＩＩｌＬ质量分数为３０％的ＨＮＯ，溶液和ｌｇ
ＭＷＣ—
ＮＴｓ加入到２５０ｍＬ的三口瓶中，用频率为４０ｋＨｚ的超声波分散３０ｍｉｎ，在５０℃下机械搅拌２４ｈ，然后用０．２ｉｘｍ多孔膜过滤、蒸馏水洗涤直到滤液为中性为
止，在１００ｏＣ下烘干２４ｈ即得纯化的碳纳米管；将定量的纯化ＭＷＣＮＴｓ与一定浓度的两亲性聚合物
收穰日期：２００８—１】－０６；修回日期：２００９．１２－０１基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２００９ＡＡ０３２５２８）．作者简介：邱军（１９６９一），男，黑龙江齐齐哈尔人，博士，副教授。主要从事纳米材料及高性能复合材料的研究工作．Ｔｅｌ：＋８６－２１－６５９８０００９，Ｅ。ｍａｉｌ：ｑｊｕｒｄ０００＠１６３．ｔｏｍ
万方数据第４期邱军等：多壁碳纳米管的表面改性及其在防火涂料中的应用·３４５·ＰＶＰ水溶液混合，然后利用频率为４０ｋＨｚ超声波辅助分散并在机械搅拌下，３０℃反应一定时间后，样品由０．２斗ｍ多孑Ｌ膜过滤，多次清洗干燥后表征其性能。２．２．２涂料及其样板的制备将ＭＷＣＮＴｓ加入醋酸丁酯中，超声振荡１５ｍｉｎ。再加入二甲苯，混合均匀。然后将基料在该溶剂中溶解，再加入表面处理的填料和助剂，在常温下用分散机混合搅拌２０ｍｉｎ，经过高速分散、三辊机研磨、再高速分散后制得膨胀型防火涂料。将该涂料放置１ｄ后待用。根据钢结构防火涂料ＧＢｌ４９０７－２００２的规定，将制得的防火涂料涂刷于钢板（１５０ｌｎｌｔｌ×７０ｍｌｎ）的表面，倾斜４５０放置自然晾干，表干后先用砂纸打磨涂层表面，再涂刷一遍。重复涂刷７次一１０次，直至涂层厚度达到１．５ＩＩＬＩＴＩ～２．０ｎｌ／ｎ。涂刷好的样板放置养护１０ｄ后，进行测试。２．３性能测试红外分析采用ＥＱＵＩＮＯＸ５５傅立叶红外光谱仪测试，ＫＢｒ压片法制样；热重分析采用ＳＴＡ４４９Ｃ热分析仪测试，升温速率为２０ｏｃ／ｒａｉｎ，氮气气氛。耐火性能的测试按照标准ＧＢｌ４９０７－２００２所规定的测试方法，在实验室自制的测试装置上进行。涂料抗开裂性能是将制得的样板置于铁架上４５。倾斜放置，规定时间后观察其开裂情况。３结果与讨论３。１ＭＷＣＮＴｓ的表面改性及其分散性能两亲性聚合物聚乙烯基吡咯烷酮（ＰＶＰ）具有特殊的结构，吡咯烷酮环的亚甲基是非极性基团，具有亲油性；而分子中的内酰胺是强极性基团，具有亲水性，因此其能溶于水和许多有机溶剂中，如烷烃、醇、酯、羧酸、胺、氯化烃等。如果能将这种结构的两亲性聚合物引入到碳纳米管表面，其良好的溶解性将会明显改善碳纳米管在水、有机溶剂和聚合物中的分散性能。图１为表面改性前后ＭＷＣＮＴｓ的红外谱图。可以看出，改性前的ＭＷＣＮＴｓ没有明显的振动吸收峰（图ｌａ），两亲性聚合物改性后的碳纳米管（ＰＶＰ－ＭＷＣＮＴｓ）（图ｌｂ）出现了ＰＶＰ的特征振动吸收峰（图ｌｃ）。２９２０ｃｎｌ“和２８４９Ｃｌｌｌ“处是亚甲基的非对称和对称伸缩振动吸收峰；１６６５ｔｉｌｌ。１处是吡咯烷酮环上羰基的伸缩振动吸收峰；１４２０Ｃｌｌｌ叫处为亚甲基剪式弯曲振动吸收峰；１２２０ｃｍ一处为ｃ—Ｎ伸缩振动吸收峰。因此，两亲性聚合物ＰＶＰ已经被成功地引入到碳纳米管的表面。
图１表面改性前后ＭＷＣＮＴｓ的红外光谱图Ｆｉｇ．１ＦＨＲｓｐｅｃｔｒａｏｆ（ａ）ＭＷＣＮＴｓ，（ｂ）ＰＶＰ—ＭＷＣＮＴｓ
ａｎｄ＜ｃ）ＰＶＰ
ＭＷＣＮＴｓ表面两亲性聚合物的引入量通过热重分析获得，图２为ＭＷＣＮＴｓ改性前后的热重曲线。可以看出，未改性的纯化碳纳米管（图２ａ），在７００℃范围内失重只有４％，而两亲性聚合物在这个温度下已经全部失重（图２ｃ）。对比图２ａ和图２ｂ，经改性的碳纳米管样品中两亲性聚合物的质量分数为２２％。另外，对比图２ｂ和图２ｃ还可以看出，两亲性聚合物被引入到ＭＷＣＮＴｓ表面后，分解温度明显提高，说明两亲性聚合物与ＭＷＣＮＴｓ具有较强的相互作用。具体反应机理将另文论述。
图２不同样品的热重曲线．（ａ）ＭＷＣＮＴｓ，（ｂ）ＰＶＰ—ＭＷＣＮＴｓ和（ｃ）ＰｖＰＦｉｇ．２Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃｃｕｒｖｅｓｏｆ（ａ）ＭＷＣＮＴｓ，（ｂ）Ｐ、，Ｐ－ＭＷＣＮＴｓａｎｄ（ｃ）ＰＶＰ
ＭＷＣ／Ｖｒｓ与ＰＶＰ—ｍ＇ＣＮＴｓ在醋酸丁酯和水中超声１５ｒａｉｎ后静置２４ｈ的分散情况如图３所示。可见，ＭＷＣＮＴｓ在醋酸丁酯中略有溶解，在水中是完全不溶的；而ＰＶＰ·ＭＷＣＮＴｓ在醋酸丁酯和水中
万方数据新型炭材料第２４卷均具有较好的溶解性。ＭＷＣＮＴｓ能少量溶解在醋酸丁酯中，是由于ＭＷＣＮＴｓ在纯化过程中产生了部分羧基或羟基，根据相似相容原理，与带有酯基的醋酸丁酯具有较好的相容性，从而使其具有一定的溶解性。经两亲性聚合物改性的ＭＷＣＮＴｓ，由于两亲性聚合物极易溶于醋酸丁酯和水，结果导致ＭＷＣＮＴｓ也溶于这些溶剂中。因此ＰＶＰ．ＭＷＣＮＴｓ在醋酸丁酯和水中的溶解性较好。进一步实验表明，１０ＩｌｌＬ醋酸丁酯和水可分别溶解ＰＶＰ．ＭＷＣＮＴｓ２．８ｍｇ和３．１ｍｇ。而醋酸丁酯和水是溶剂型和水溶性涂料常用的溶剂，这一良好的溶解性能为ＭＷＣＮＴｓ在涂料中的应用奠定了基础。图３ＭＷＣＮＴｓ分散在（ａ）醋酸丁酯（ｃ）水中和ＰＶＰ·ＭＷＣＮＴｓ分散在（ｂ）醋酸丁酯（ｄ）水中Ｆｉｇ．３ＭＷＣＮＴｓｄｉｓｐｅｒｓｅｄｉｎ（ａ）ｂｕｔｙｌａｅｅｔａｔｅ，（ｃ）ｄｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅｒａｎｄＰＶＰ—ＭＷＣＮＴｓｄｉｓｐｅｒｓｅｄｉｎ（ｂ）ｂｕｔｙｌａｃｅｔａｔｅ，（ｄ）ｄｉｓｔｉｌｌｅｄｗａｔｅｒ３．２ＭＷＣＮＴｓ对防火涂料性能的影响ＭＷＣＮＴｓ对防火涂料性能的影响可能有两个方面：（１）ＭＷＣＮＴｓ均匀地分散在涂料中，其超高的强度和与基料良好的相容性，可以增加涂膜的强度，提高涂膜的防开裂性能，从而提高防火性能；（２）均匀分散的ＭＷＣＮＴｓ提高了涂料受火膨胀后炭化层的致密度，增加了炭化层的强度，从而提高了涂料的防火性能；但涂膜强度的增加会影响其受火时的发泡膨胀，即没有原来更容易发泡膨胀，从而一定程度地降低涂层的膨胀倍率，导致涂料的防火性能有所下降。这两方面是互相对立的，在实际应用中应合理涮整工艺及配比，以充分发挥碳纳米管的性能。３．２．１ＭＷＣＮＴｓ改性及含量对涂料防火性能的影响将ＭＷＣＮＴｓ及ＰＶＰ—ＭＷＣＮＴｓ按照一定比例加入到防火涂料体系中，在防火实验中样板背面的温度（简称背温）到达２５０ｏＣ、３００℃、在２５０ｏＣ～３００ｏＣ之间的过渡时间以及最大膨胀倍率进行了详细对比，结果见表ｌ。可以看出，随着ＰＶＰ—ＭＷＣ·ＮＴｓ质量分数的增加，样品背温到达２５０℃所用的时间比较接近；而其质量分数从０到０．００５％时，样品背温从２５００Ｃ上升到３０００ｃ所用的时间明显上升，随后继续增加呈现出递减的趋势，并且在质量分数高于０．０１％时降至低于未加时的时间。亦即，添加质量分数０．００５％的ＰＶＰ—ＭＷＣＮＴｓ，可明显地降低样板背温的升高速率，延缓被保护体达至１］３００ｏＣ所需要的时间，提高涂料的防火性能。涂膜的最大膨胀倍率也出现了类似的规律，ＰＶＰ．ＭＷＣＮＴｓ的质量分数从０到０．０ｌ％，涂膜的最大膨胀率递增，而后随着添加量的继续增加呈现下降的趋势。因此，在ＰＶＰ－ＭＷＣＮＴｓ质量分数小于０．０ｌ％时，其加入对涂料受火后的膨胀有积极影响。
表１改性前后的ＭＷＣＮＴｓ对防火涂料性能的影响ＴａｂｌｅｌＥｆｆｅｃｔｏｆＭＷＣＮＴｓｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＯｉｌｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｆｉｒｅ—ｒｅｔａｒｄａｎｔｃｏａｔｉｎｇ