碳納米管的功能化及其在聚合物中的應(yīng)用.pdf

1、本文的主要目的之一，是根據(jù)所選擇的聚合物基體PET、PP-MA的分子結(jié)構(gòu)及其分子鏈含有極性官能團(tuán)的特性，研究一種解決碳納米管在極性基體中團(tuán)聚的表面化學(xué)改性方法。實(shí)驗(yàn)中，采用酸化及接枝馬來酸酐的方法來功能化碳納米管，并通過FT-IR、SEM及TEM等檢測(cè)手段對(duì)產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。研究結(jié)果表明：強(qiáng)酸對(duì)碳納米管有兩種作用；其一，對(duì)碳納米管進(jìn)行切短；其二，使碳納米管表面引入羥基和羧基，為后續(xù)反應(yīng)提供了活性點(diǎn)。最后，馬來酸酐被成功接枝于碳納米管

2、表面，且通過比較可以發(fā)現(xiàn)，馬來酸酐接枝后的碳納米管在有機(jī)溶劑二甲苯中的分散穩(wěn)定性更好，有利于其在后續(xù)工作中的進(jìn)一步應(yīng)用。另外，經(jīng)馬來酸酐接枝后，碳納米管在PET基體中能夠均勻分散，與極性基體PET的親和性及界面結(jié)合力也有一定程度的提高。 通過熔融共混法制備了PET/f-MWCNTs復(fù)合材料，詳細(xì)研究了f-MWCNTs對(duì)PET微觀結(jié)構(gòu)和結(jié)晶行為的影響。SEM結(jié)果表明，f-MWCNTs在PET基體中分散均勻，且與PET基體有很好的界

3、面結(jié)合力。通過DSC對(duì)復(fù)合材料非等溫結(jié)晶及熔融行為進(jìn)行了研究，采用Jeziorny和Mo方法對(duì)復(fù)合材料非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)討論，結(jié)果表明碳納米管的加入對(duì)PET的結(jié)晶行為有顯著影響：f-MWCNTs對(duì)PET基體有強(qiáng)烈的異相成核作用，提高了PET的成核速率，含量?jī)H為0.1wt％的功能化碳納米管便能大幅使PET晶體細(xì)化，成核密度增加，結(jié)晶更加完善。 為了進(jìn)一步研究f-SWCNTs對(duì)聚合物微觀結(jié)構(gòu)的影響，并進(jìn)一步解釋界面相互作用力

4、在聚合物納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)中所起的作用，本論文設(shè)計(jì)了一組多元納米復(fù)合材料體系，即通過選擇有一定極性的PP-MA、有機(jī)改性的OMMT、功能化的f-SWCNTs制備出多元納米復(fù)合材料。結(jié)合XRD、SEM、DSC及PLM來研究了功能化碳納米管對(duì)PP-MA/OMMT納米復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響。研究表明：功能化單壁碳納米管加入，使OMMT在PP-MA基體中由剝離結(jié)構(gòu)向插層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，且OMMT在復(fù)合材料的分散情況也受到一定影響。這種微觀結(jié)構(gòu)的的

5、變化歸結(jié)于PP-MA與f-SWCNTs的相互作用力強(qiáng)于于PP-MA與OMMT的相互作用力。在熔融加工過程中，f-SWCNTs一方面阻止PP-MA分子鏈段進(jìn)入OMMT層間；同時(shí)在降溫過程中，f-SWCNTs可能促使部分已進(jìn)入OMMT層間的PP-MA分子鏈段從OMMT層間遷移出來。從而導(dǎo)致了三元納米復(fù)合材料中OMMT層間距的急劇減小。DSC及PLM的結(jié)果同樣在一定程度上證明：PP-MA/OMMT/f-SWCNTs復(fù)合材料中，f-SWCNTs

6、對(duì)PP-MA/OMMT納米復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)起決定性的作用。 進(jìn)一步利用f-MWCNT表面的極性官能團(tuán)，制備了PP/PET/f-MWCNTs原位微纖化復(fù)合材料，通過DSC及SEM研究了f-MWCNTs在PP/PET/f-MWCNTs原位微纖化復(fù)合材料中的選擇性分散。進(jìn)一步證明了f-MWCNTs主要分散于PET微纖中，從而增大了PET的粘度，改變了PET與PP的粘度比，使PET形變困難，PET成纖性變差。因此，在PP/PET/f-