碳納米管增強的聚酰胺和聚酯納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、出于對提高碳納米管的溶劑溶解性和利用其迷人性能來制備功能納米材料及器件的強烈需要,最近數(shù)年來,碳納米管(CNT)的功能化或表面修飾吸引了人們越來越多的關(guān)注,尤其是在其表面進行分子設(shè)計和裁剪,更是廣受科學(xué)界的關(guān)注.因而,目前"接上去"和"接出來,這兩種方法得以發(fā)展起來,實現(xiàn)了將聚合物共價接枝到碳納米管的表面.前者是直接將特定大分子末端所含有活性官能團(例如OH<'->和NH<,2->等)與碳納米管表面預(yù)先處理所得到活潑官能團(例如-COO

2、H和-COCl等)直接反應(yīng)得到的.這種方法顯而易見存在著諸多缺點:(1)大分子末端必須含有特定官能團,(2)接枝密度低,以及(3)接枝量的不可控性.因而人們的注意已經(jīng)轉(zhuǎn)移到"接出來"這種方式,可以通過在碳納米管的外表面直接用商業(yè)化的那些聚合單體來生長大分子.不過時至今日在碳納米管大分子功能化領(lǐng)域依然有存在如下難題:(1)大分子接枝量的可控性;(2)制備基于碳納米管的生物納米材料;(3)如何利用碳納米管的優(yōu)良性能來改善聚合物.本論文試圖探

3、索這些問題,解開這一化學(xué)、材料、物理和碳納米管科學(xué)之間的這一交叉領(lǐng)域的密碼. 利用原位聚合的方式將尼龍和聚酯接枝到碳納米管上,并且研究這種納米復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和性能.上述的二個難題也得以解決(1)大分子的接枝量可以通過調(diào)節(jié)單體和碳納米管引發(fā)劑(MWNT-OH)的加料比例得到很好控制;(2)獲得了可生物降解的碳納米管/聚合物納米復(fù)合材料;(3)碳納米管的剛性、熱穩(wěn)定性和聚合物的韌性、易加工性完美地結(jié)合在一起.具體如下所述: 1

4、. 制備碳納米管/尼龍1010和尼龍11納米復(fù)合材料利用原位縮聚的方法制備了碳納米管與尼龍1010和尼龍11的原位復(fù)合物,應(yīng)用紅外光譜、高分辨掃描電鏡和x射線衍射表征了納米復(fù)合物的結(jié)構(gòu).研究結(jié)果表明,碳納米管在尼龍基體中具有良好的分散性,尼龍分子鏈與碳納米管之間存在強烈的相互作用,甚至一部分尼龍分子接枝到碳納米管上. 2. 測定了尼龍/碳納米管原位復(fù)合物的熱性能和基本機械性能應(yīng)用DSC、熱失重、DMA、lnstron拉力機等測定

5、了碳納米管與尼龍1010和尼龍11復(fù)合物的熱性能和基本機械性能.結(jié)果表明,與純尼龍相比,納米復(fù)合物具有較高的熱穩(wěn)定性和模量,但其斷裂生長率有所下降.結(jié)晶動力學(xué)數(shù)據(jù)顯示,碳納米管具有強烈的異相成核作用,它提高了尼龍的結(jié)晶速率,但當(dāng)碳納米管含量較高時,它對尼龍分子鏈運動的物理障礙作用則使得尼龍結(jié)晶速度有所下降. 3. 碳納米管/尼龍1010復(fù)合物的微波吸收性能的測定應(yīng)用HP8510C網(wǎng)絡(luò)分析器和直接反射線校準(zhǔn)程序測試復(fù)合材料的電性能

6、,碳納米管/尼龍1010復(fù)合材料的實際介電常數(shù)有很大的提高.當(dāng)碳納米管上的缺陷點與尼龍1010形成共價鍵,碳納米管上剩余的缺陷點仍然能夠與入射的微波相互作用,并且能夠增加對入射波的吸收.尼龍1010/碳納米管復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的絕緣性能并且能夠被作為高能量儲存、RAMs和EMIS的材料. 4. 聚己內(nèi)醑和聚丙交醑對碳納米管的功能化修飾通過"接出來"的方式,應(yīng)用原位開環(huán)聚合法,成功地將聚己內(nèi)酯和聚丙交酯接枝到碳納米管的外表面.聚合

7、物的厚度可以通過單體與引發(fā)劑MWNT-OH的相對添加量來控制.所得到的基于MWNT的納米復(fù)合材料以FTIR、NMR、SEM、TEM和TGA進行了表征. 5. 碳納米管/聚己內(nèi)酯復(fù)合物的結(jié)晶性和生物降解性的研究采用DSC對納米復(fù)合物的等溫和非等溫結(jié)晶動力學(xué)進行了研究,碳納米管的加入起到了異相成核的作用,提高了聚己內(nèi)酯的結(jié)晶速率,縮短了結(jié)晶周期:另一方面,碳納米管的加入阻礙了聚己內(nèi)酯分子鏈的規(guī)整排列,降低了聚己內(nèi)酯基體的結(jié)晶度.生物