籠形聚倍半硅氧烷增強(qiáng)多壁碳納米管的分散性研究及其纖維素復(fù)合膜的制備.pdf

1、塑料包裝的不可降解及其主要原料石化資源的日益衰竭所引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越受關(guān)注。因此，開(kāi)發(fā)和利用可降解且性能優(yōu)良的生物基高分子迫在眉睫。纖維素及其衍生物具有良好的成膜性和低廉的價(jià)格，因此在食品包裝領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。但純的纖維素膜往往機(jī)械性能和阻水性較差，嚴(yán)重地限制了其實(shí)際應(yīng)用。在高分子中添加納米填料是近年來(lái)廣泛研究的可有效改善高分子膜性能的手段，但其改善效果與納米粒子在高分子中的分散性緊密相關(guān)?；谝陨媳尘?，本研究選用多壁碳納米管（

2、MWNTs）為納米填料來(lái)改善纖維素膜的性能，采用物理分散劑和球磨技術(shù)以提高其在復(fù)合膜中的分散性。第一采用籠形聚倍半硅氧烷（POSS）作為MWNTs的物理分散劑，以紫外吸光度為指標(biāo)，考察了POSS的結(jié)構(gòu)、MWNTs的濃度及POSS與MWNTs的質(zhì)量比對(duì)MWNTs在水溶液中分散性的影響；第二，借助濕法球磨技術(shù)進(jìn)一步提高 POSS對(duì) MWNTs的分散效率，優(yōu)化了 POSS和 MWNTs的質(zhì)量比、球磨時(shí)間和球磨速度等影響因素；第三，采用透射電鏡

3、、拉曼光譜、熒光光譜和紫外近紅外光譜等測(cè)試方法探究了 POSS增強(qiáng)MWNTs分散性的機(jī)理；第四將MWNTs/POSS分散液與羧甲基纖維素鈉（CMC）共混制備復(fù)合膜，對(duì)復(fù)合膜的微觀(guān)形貌、結(jié)晶形貌、機(jī)械性能和水蒸氣透過(guò)系數(shù)等性能進(jìn)行了表征，以探究納米粒子對(duì)復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響以及 MWNTs和POSS在復(fù)合膜中的協(xié)同作用。通過(guò)以上研究，本論文獲得了如下主要結(jié)果：
　　1. POSS對(duì)MWNTs在水溶液中的分散性的增強(qiáng)作用與POSS

4、的結(jié)構(gòu)、MWNTs的濃度及POSS與MWNTs的質(zhì)量比有關(guān)。五種不同結(jié)構(gòu)的POSS中，非極性較強(qiáng)的POSSC在提高M(jìn)WNTs的分散濃度和穩(wěn)定性方面均具有較好的效果。在所測(cè)試的條件下，當(dāng)MWNTs濃度為30 mg/L，且POSSC和MWNTs的質(zhì)量比為1時(shí)， MWNTs在水溶液中的分散性和穩(wěn)定性均為最好。
　　2.將POSSC和MWNTs的混合物濕法球磨后再分散，探究了濕法球磨的最佳條件為：POSSC和MWNTs的質(zhì)量比為1，球磨速

5、度和時(shí)間分別是200 rpm和60 min。此時(shí)，MWNTs的初始分散濃度約為15.45 mg/L，且在靜置180 min后，仍能保持初始濃度的96.82％。
　　3.通過(guò)透射電鏡可觀(guān)察到，POSSC在球磨作用下吸附在MWNTs的表面。拉曼光譜、熒光光譜和紫外近紅外光譜的結(jié)果則進(jìn)一步表明二者間主要是物理的相互作用，并存在電荷轉(zhuǎn)移。因此，POSSC對(duì)MWNTs的分散作用主要是通過(guò)POSSC在 MWNTs表面的吸附產(chǎn)生的空間位阻所導(dǎo)致

6、。而濕法球磨提供的剪切等作用可促進(jìn)更多的POSSC吸附在MWNTs表面，從而進(jìn)一步提高了MWNTs在水中的分散性。
　　4.將MWNTs/POSSC混合物添加到CMC膜中，當(dāng)添加量小于1 wt.%時(shí)，納米粒子在復(fù)合膜內(nèi)分散較好；當(dāng)MWNTs/POSSC的添加量為0.75 wt.%時(shí)，相較于純CMC膜，復(fù)合膜的抗拉強(qiáng)度、楊氏模量和伸長(zhǎng)率分別提高了30%，11%和41%，且水蒸氣透過(guò)系數(shù)降低了10%。與單獨(dú)添加等量的MWNTs和POS