層狀材料-碳納米管復合填料的制備及其在PP與PVA中的應用.pdf

1、近幾年，由一維型碳納米管(carbon nanotubes，簡稱CNT)與二維型層狀材料所構(gòu)建的三維型復合填料開始成為研究的熱點，這種新型復合填料汲取兩種填料各自的優(yōu)點，在改善CNT的分散性，以及制備力學性能、導電性能、阻燃性能與電化學性能等多功能型材料領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α１疚倪x用具有代表性的無機層狀材料蒙脫土(montmorillonite，簡稱MMT)與層狀雙金屬氫氧化物(layered double hydroxides，簡稱

2、LDH)，研究了MMT-CNT與LDH-CNT復合物的制備、生長機理與其在聚丙烯及聚乙烯醇中的應用。
　　 本文采用化學氣相沉積(chemical vapor deposition，簡稱CVD)法在負載鐵的MMT上原位生長CNT，成功制備出MMT-CNT復合物。考察了離子交換溫度、前驅(qū)體制備方法及過渡金屬種類等因素對離子交換過程及后期CNT生長的影響。結(jié)果表明，離子交換溫度對MMT吸附Fe3+的過程影響顯著。50℃下，MMT對F

3、e3+的吸附以離子交換吸附為主，100℃下，則以物理吸附為主；隨[Fe3+]/[MMT]比值的增大，MMT對Fe3+的吸附量在100℃下迅速上升，而在50℃下則無明顯變化。采用熔融共混方法，制備了MMT-CNT/聚丙烯(PP)復合材料，MMT-CNT的加入可在一定程度上提高PP的熱穩(wěn)定性、力學性能與導電性能。但由于MMT在經(jīng)歷了CVD處理后，層間即發(fā)生塌陷，嚴重限制了MMT-CNT在PP中的分散性，導致其改性效果不甚理想。
　　

4、 為避免CVD法對層狀材料所造成的破壞，本文采用條件溫和的尿素法制備了微米級、形貌可控的Co-Al LDH-CNT復合物，研究了此復合物的生長過程及其影響因素、在不同溶劑中的剝離機理以及對PP多種性能的影響。結(jié)果表明，Co-Al LDH-CNT復合物的生長過程存在一個臨界時間t*=16h，當tt*，LDH的尺寸無明顯變化，主要是晶體的完善過程；CNT含量(CCNT)變化對LDH的產(chǎn)率無顯

5、著影響，但對LDH的形貌、晶體完善程度以及LDH-CNT復合物的形貌影響較大。同時發(fā)現(xiàn)，存在一個臨界濃度C℃NT=0.33mg/ml。當CCNT≤C℃NT時，LDH片層尺寸無明顯變化，而當CCNT>C℃NT時，其片層尺寸顯著減小。此外，可通過改變CCNT調(diào)控LDH-CNT復合物的形貌；在不同溶劑中，DBS分子鏈插層的LDH-CNT(DBS-LC)的剝離程度分別為：水>乙醇>二甲苯>DMF。采用溶液混合法，制備了DBS-LC/PP復合材料

6、。發(fā)現(xiàn)DBS-LC的加入使PP的熱穩(wěn)定性、阻燃性能、力學性能及導電性能均顯著提高，且比單一填料及MMT-CN工具有更高的效率。
　　 為制備環(huán)保無毒的高性能LDH-CNT復合物，首先分別采用水熱法與尿素法制備了高純度、高結(jié)晶度的納米級Mg-Al LDH與微米級Mg-Al LDH，并將其與聚乙烯醇(PVA)共混制備Mg-AlLDH/PVA薄膜。與微米級Mg-Al LDH相比較，納米級Mg-Al LDH對PVA薄膜的力學強度與耐水性

7、的改善效果更佳，且納米級Mg-Al LDH/PVA薄膜的透明性與純PVA薄膜相當。在此基礎(chǔ)上，采用水熱法制備了形貌可控的納米級Mg-Al LDH-CNT，并對其在PVA中的應用進行了探索。結(jié)果表明，LDH與CNT的比值(δ)存在一個轉(zhuǎn)折點δ*=5，當δ<δ*時，LDH-CNT復合物的平均粒徑達到微米級，在水中穩(wěn)定性差，當δ≥δ*時，LDH-CNT復合物的平均粒徑隨δ的增大而減小，其在水中的穩(wěn)定性隨δ的增加而提高；采用溶液混合法制備了LD