碳納米增強纖維素-聚丁二酸丁二醇酯復合薄膜的制備及性能研究.pdf

1、纖維素(CE)作為自然界含量最豐富的可再生天然高分子聚合物,具有良好的生物可降解性和生物相容性,研究CE薄膜對緩解日益嚴峻的資源問題和環(huán)境問題有重大的意義。然而,CE分子結(jié)構(gòu)中含有大量的氫鍵,這些氫鍵使得其很難溶解于普通溶劑或進行熔融加工,在一定程度限制了CE的廣泛應用。常溫離子液體(IL)對CE具有很好的溶解能力,通過IL可以制備出再生的CE薄膜,但所制備的薄膜脆性較大且強度較低。為此,本文以離子液體氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑(AM

2、ImCl)為CE溶劑,利用柔性聚丁二酸丁二醇酯(PBS)增韌CE薄膜,并在韌性提高的基礎上,添加少量的剛性碳納米管和石墨烯實現(xiàn)對CE復合薄膜的綜合性能的增強。
　　本文通過在PBS/IL的分散液中溶解CE制備了CE-PBS復合薄膜,并研究了PBS對再生CE薄膜性能的影響。結(jié)果表明,PBS是以共混的形式存在于CE基體中的,它們之間沒有化學鍵作用,PBS的含量顯著影響其顆粒的大小和分散狀態(tài)。低含量下PBS微顆粒均勻分散在CE基體中,降

3、低了纖維素分子間氫鍵密度,有利于纖維素分子鏈滑移,增強復合材料韌性。PBS含量僅為1wt％時,復合薄膜的拉伸強度和斷裂伸長率分由純CE的42.4MPa和6.07％提高到55MPa和25.6％,分別提高了29.7％和322％。通過超聲方法實現(xiàn)多壁碳納米管(MWCNTs)在IL中的均勻分散,進而制備出均勻分散的MWCNTs/CE-PBS復合薄膜。結(jié)果表明,MWCNTs/CE-PBS復合薄膜的力學性能和導電能力均隨著MWCNTs含量的增加而提

4、高。當MWCNTs含量為4wt％時,復合薄膜的拉伸強度和楊氏模量分別為73.5MPa和2.72GPa,較CE-PBS-1分別提高了33.6％和87.5％,較純CE薄膜分別提高了73.3％和68.9％;復合薄膜的電導率為1.3×10-5S/m,較純CE薄膜(2.5×10-14 S/m)提高了9個數(shù)量級。通過將氧化石墨(GO)分散在去離子水中,與IL混合后采用減壓蒸餾法去除水分,得到均勻分散的GO/IL溶液,然后通過熱還原得到均勻分散的還原