[發明專利]擴鏈端羥基聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物/碳納米管導電復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201811436412.4
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109535357B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 羅延齡;張瑞乾;徐峰;陳亞芍
• 申請（專利權）人: 陜西師范大學
• 主分類號: C08F293/00
• 分類號: C08F293/00;C08F212/08;C08G18/69;C08G18/73;C08K3/04;C08J5/18;G01N27/30
• 代理公司: 西安永生專利代理有限責任公司 61201
• 代理人: 高雪霞

本發明公開了一種擴鏈端羥基聚丁二烯?聚苯乙烯嵌段共聚物/碳納米管導電復合材料及其制備方法和應用。該復合材料是在多壁碳納米管表面包覆擴鏈端羥基聚丁二烯?聚苯乙烯嵌段共聚物；該嵌段共聚物首先通過六亞甲基二異氰酸酯和端羥基聚丁二烯的聚加成反應進行擴鏈，再通過酰化反應將擴鏈后聚合物制備成大分子引發劑，最后在多壁碳納米管存在下通過原位原子轉移自由基聚合引發苯乙烯聚合得到。本發明導電復合材料具有良好的分散穩定性、成膜性，由該導電復合材料組裝的氣敏傳感薄膜對二氯甲烷有機溶劑蒸汽具有較高的選擇性、響應靈敏度和較好的穩定性、重復性。

技術領域

本發明屬于導電聚合物復合材料和功能材料技術領域，具體涉及一種擴鏈端羥基聚丁二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物/碳納米管導電復合材料，以及該導電復合材料的制備方法和氣敏傳感應用。

背景技術

隨著越來越多的揮發性有機氣體在人類生活環境中出現，人類迫切地需要一種迷你監測器去評估有機蒸汽對環境的影響。由于高分子導電復合材料(CPCs)獨特的物理化學性質，使他們在環境氣體監測領域受到廣泛關注。高分子導電復合材料通常是由炭黑(CB)、碳納米管(CNTs)、石墨烯、金屬粉末等導電填料分散在絕緣聚合物基質中制得，形成導電網絡。特別地，由于碳納米顆粒填充的高分子導電復合材料對不同有機蒸汽有良好的響應性，所以這類高分子導電復合材料非常適合監測揮發性有機氣體。

碳納米管擁有一維納米結構并且存在優異的物理和化學性質：良好的耐熱性、較大的表面積、較高的導電性和網絡連接性。特別是，碳納米管一個最突出的特性是可以構建低滲透閥值導電網絡用于智能傳感器材料。然而，原始碳納米管對有機蒸汽不具有選擇性，有機分子僅僅是吸附在碳納米管側壁，沒有和碳納米管進行電子轉移。同時，碳納米管之間存在較強的范德華力使碳納米管容易團聚，從而導致碳納米管較差的分散性，限制了其應用。碳納米管與聚合物通過共價鍵鍵合或者物理包覆都可以改善原始碳納米管的這一缺點。聚合物/碳納米管復合導電氣敏傳感材料可能會產生負蒸氣系數現象，影響氣敏元件的復演穩定性；也存在著響應回復時間長、缺乏選擇性等問題。如何改善導電顆粒的分布行為及氣敏響應性成為制備聚合物/導電粒子復合傳感材料的關鍵技術。為此人們開展了許多方面研究工作，以改善氣敏元件的各項性能。

鄭州大學Kun Dai等(Y L Li,H Liu,G Q Zhen,C T Liu,J B Chen,C YShen.Tuning of vapor sensing behaviors of eco-friendly conductive polymercomposites utilizing ramie fiber.Sensors and Actuators B:Chemical,2015,221:1279-1289)用苧麻纖維填充進充滿聚乳酸的炭黑和碳納米管來調整形貌、電行為和氣敏行為。歐洲布列塔尼大學J F Feller等(J Lu,J F Feller,B Kumar,M Castro,Y S Kim,Y TPark,J C Grunlan.Chemo-sensitivity of latex-based films containing segregatednetworks of carbon nanotubes.Sensors and Actuators B:Chemical,2011,155:28-36)用乳膠納米粒子與碳納米管形成隔離導電網絡并自組裝成3D結構.這種納米復合材料對水蒸汽具有較高的選擇性和響應性。德國基爾大學Fabian Schütt等(F Schütt,V Postica,RAdelung,O Lupan.Single and Networked ZnO-CNT Hybrid Tetrapods for SelectiveRoom-Temperature High-Performance Ammonia Sensors.ACS Applied MaterialsInterfaces,2017,9(27):23107-23118)用碳納米管和四角形的ZnO構建3D網絡從而提高了在室溫下對NH₃的響應性。然而，這些研究對導電粒子的分散性、成膜性及其對氣敏響應性的影響關注不夠。

發明內容