碳納米管選擇性分散及其誘導(dǎo)不相容共混物結(jié)晶的研究.pdf

1、聚合物共混改性可以使單一聚合物的性能優(yōu)化組合，并且獲得一些特殊性能，成為開發(fā)新型高分子材料的有效途徑。對于大部分的聚合物在熱力學(xué)上是不相容的，不相容共混物增容改性的方法很多，添加無機納米填料是一種實際有效的方法。碳納米管(Carbon Nanotubes，CNTs)自從被發(fā)現(xiàn)以來，由于其具有優(yōu)異的力學(xué)、導(dǎo)電、導(dǎo)熱特性而備受關(guān)注，此外碳納米管對結(jié)晶聚合物是很好的成核劑，少量的碳納米管可以誘導(dǎo)結(jié)晶，降低結(jié)晶活化能，提高結(jié)晶速率。聚苯乙烯(P

2、olystyrene，PS)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)在生活、工程應(yīng)用上很廣泛，對其進行共混改性具有現(xiàn)實意義。本論文以PS/PP、PS/PET不相容共混物作為研究對象，多壁碳納米管(Multi-Walled Nanotubes，MWCNTs)做為無機納米填料來制備納米復(fù)合材料。首先對碳納米管進行化學(xué)改性，改善其與基體之間的相互作用，控

3、制其在復(fù)合材料中的分布；研究了加工共混條件、增容劑的添加、界面條件等對碳納米管在不相容共混物中選擇性分布的影響，并進一步探討了碳納米管的分布對結(jié)晶相的結(jié)晶行為以及對復(fù)合材料微觀相形貌的影響。主要研究結(jié)果如下：
　　 (1)對碳納米管先酸化處理，然后與馬來酸酐反應(yīng)，使其表面接枝上羰基、羥基、羧基等活性基團，得到改性的多壁碳納米管(Functionalized Multi-walled CarbonNanotubes，F(xiàn)-MWCNT

4、s)。
　　 (2)把F-MWCNTs加入到PS/PP不相容共混物中，PS與F-MWCNTs通過溶液法配制母料，再與其他組分?jǐn)D出注塑制備復(fù)合材料。對PP結(jié)晶行為的研究發(fā)現(xiàn)，PS/PP共混物中，PP在低溫、高溫處出現(xiàn)兩個結(jié)晶峰，有分級結(jié)晶現(xiàn)象，但添加F-MWCNTs后PP只有一個高溫結(jié)晶峰，分級結(jié)晶現(xiàn)象消失；同時，PS/PP/F-MWCNTs復(fù)合材料中PP相的結(jié)晶溫度比PS/PP共混物中PP相的結(jié)晶溫度高，復(fù)合材料中PP相的結(jié)晶溫

5、度隨著PP含量的增加而逐漸提高，表明F-MWCNTs跟PP間相互作用更強，F(xiàn)-MWCNTs從PS相遷移到了PP相中，F(xiàn)-MWCNTs作為很好的異相成核劑誘導(dǎo)PP結(jié)晶。另外動態(tài)力學(xué)分析(Dynamic Mechanical Analysis，DMA)數(shù)據(jù)表明，復(fù)合材料中PS、PP的玻璃化溫度有所降低，說明F-MWCNTs充當(dāng)了增塑劑的作用。掃描電子顯微鏡(ScanningElectron Microscope，SEM)對復(fù)合材料相形貌研究

6、表明F-MWCNTs的引入在一定程度上促進了PS/PP相形貌從“海島”相向雙連續(xù)相的轉(zhuǎn)變。
　　 (3)在80PP/20PS不相容共混物中添加馬來酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(Maleic Anhydride Grafted Styrene-Ethylene-Butylenes-Styrene，SEBS-MA)作為增容劑，降低了兩相的界面張力，增強了兩相間的粘結(jié)力，分散相粒徑變小，分散更均勻。同時研究了加工共混條件以及增

7、容劑對F-MWCNTs在復(fù)合材料中選擇性分布情況的影響。以PP/F-MWCNTs作為母料制備的納米復(fù)合材料，SEBS-MA加入后PP的結(jié)晶溫度降低，表明F-MWCNTs與SEBS-MA的相互作用比較強，部分的F-MWCNTs被SEBS-MA誘導(dǎo)而從PP相中遷移出來；DMA表征發(fā)現(xiàn)PS玻璃化溫度沒有變化，F(xiàn)-MWCNTs并沒有遷移到PS相中。以PS/F-MWCNTs作為母料制備的納米復(fù)合材料，各個組分中PP的結(jié)晶溫度變化不大，DMA結(jié)果發(fā)

8、現(xiàn)PP玻璃化溫度也沒有變化，說明F-MWCNTs沒有遷移到PP相中，主要還是分布在PS相中，SEBS-MA的存在可以阻止F-MWCNTs的遷移。以PP-MA為基體，PS/F-MWCNTs為母料制備的納米復(fù)合材料，PP-MA結(jié)晶行為的研究也說明SEBS-MA與F-MWCNTs之間的相互作用力比PP-MA與F-MWCNTs之間的作用力更強。
　　 (4)制備了PS/PET/F-MWCNTs納米復(fù)合材料，通過熱力學(xué)潤濕系數(shù)計算表明F-