CNTs/TPU复合材料的制备与性能研究(6)
碳纳米管具有优异的力学性能、导电性、热性能等，因而碳纳米管的独特性能使其在制备聚合物复合材料中具有非常广泛的用途。因此与碳纳米管复合来改善PU材料的力学、电学、热学及生物相容性能，以扩展PU材料的应用领域，具有极高的研究及应用价值。但碳纳米管结构特殊，纳米量级管径和微米量级长度促使碳纳米管极易自身凝聚，自身的范德华力使得碳纳米管表面与聚合物基体粘接力很小，因此解决碳纳米管在聚合物基体中的分散性和粘结性是关键问题。将PU与CNTs的优异性能结合，不仅能够赋予复合材料优异的力学、热学性能，而且还能使其具有光学、吸波、导电等特殊功能。
1.4.1 CNTs改性聚氨酯
碳纳米管在复合材料中的有效利用主要依赖于是否能将碳纳米管完全分散在聚合物基体中且不破坏其组成和结构。因此要实现碳纳米管在聚氨酯基体中的良好分散，制备方法的选择尤为重要。目前，PU/CNTs复合材料的制备方法主要有两种：物理共混法和原位聚合法。
物理共混法制备PU/CNTs复合材料是指在不破坏CNTs结构的前提下，依靠物理作用直接实现CNTs和PU的混合，它是最简单、常见的方法，可以通过溶液、乳液、熔融等方法来进行，物理共混可以通过机械搅拌等外力来实现，还可通过超声波振荡辅助CNTs在PU基体中的分散，共混前通常需对CNTs进行表面改性，以提高CNTs与PU基体的相容性。
PU/CNTs复合材料的原位聚合法是指在PU单体发生聚合反应的过程中加入经表面改性的CNTs，经改性的CNTs先均匀分散到PU单体中，与单体缩聚生成PU的同时，在引发剂的作用下，改性CNTs表面的活性官能团（羧基、羰基、氯化酰基、氨基等）与单体也发生反应，从而制得复合材料；另外也可将经过表面改性的CNTs先与1种单体反应，然后加入其他PU单体，得到PU/CNTs复合材料。
本实验采用直接共混法将原始碳纳米管和在一定量的丙酮中超声分散，加到自制的水性聚氨酯乳液中，快速搅拌，分散均匀。
1.4.2 功能化CNTs/改性聚氨酯
碳纳米管与聚氨酯的复合过程中，最重要的是解决碳纳米管在聚氨酯中的分散性问题。所以对碳纳米管功能化处理尤为重要。通常可采用以下方法对碳纳米管进行表面改性：
（1） 碳纳米管的表面酸化法：通过化学试剂氧化法，电化学法和自由基加成法在碳纳米管表面引入酸性基团，其中化学试剂氧化法是目前最普遍的方法。而电氧化法是将碳纳米管固定于电极上，加压并且用碱溶液处理。
（2） 碳纳米管的表面氟化法：该方法是在碳纳米管的侧基直接引入氟原子。实验发现，在一定条件下氟与碳纳米管的氟化程度很高，并且由于氟氢键的作用缘故，氟化后的碳纳米管在醇类溶剂中的分散性很好。
（3） 自由基反应在碳纳米管表面引入烃基法：此方法的特点是其可行性大，操作方便，可可供的基团种类多，并且用自由基反应修饰过的碳纳米管在有机溶剂中有较好的分散能力。该方法可以用于大规模修饰碳纳米管。
（4） 碳纳米管表面的羟甲基化：此方法是用甲醛和氢氧化钠溶液对碳纳米管进行处理，使得碳纳米管表面羟基化，经过处理后的碳纳米管的表面有更多的羟甲基生成，羟甲基中的羟基(-OH)具有醇羟基的一些性质。
（5） 碳纳米管的表面羟基化：此方法是用Fenton试剂产生的羟基自由基对碳纳米管进行表面处理，后在碳纳米管的表面产生大量的羟基。在羟基自由基的进一步作用下部分羟基会继续被氧化成羰基，从而在碳管结构中引入羰基。
（6） 侧壁环加成：此方法是指两分子烯烃或共轭烯烃加成为化合物的过程，此方法的反应条件温和，收率高，稳定性好，易于得到单加成产物，所以目前是所有改性方法中最有发展前景的方法。