碳納米管的功能化及其在聚合物中的應用.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的特性，研究一種解決碳納米管在極性基體中團聚的表面化學改性方法。實驗中，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等檢測手段對產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)進行表征。研究結(jié)果表明：強酸對碳納米管有兩種作用；其一，對碳納米管進行切短；其二，使碳納米管表面引入羥基和羧基，為后續(xù)反應提供了活性點。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)工作中的進一步應用。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復合材料，詳細研究了f-MWCNTs對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對復合材料非等溫結(jié)晶及熔融行為進行了研究，采用Jeziorny和Mo方法對復合材料非等溫結(jié)晶動力學進行了詳細討論，結(jié)果表明碳納米管的加入對PET的結(jié)晶行為有顯著影響：f-MWCNTs對PET基體有強烈的異相成核作用，提高了PET的成核速率，含量僅為0.1wt％的功能化碳納米管便能大幅使PET晶體細化，成核密度增加，結(jié)晶更加完善。 為了進一步研究f-SWCNTs對聚合物微觀結(jié)構(gòu)的影響，并進一步解釋界面相互作用力

4、在聚合物納米復合材料的微觀結(jié)構(gòu)中所起的作用，本論文設計了一組多元納米復合材料體系，即通過選擇有一定極性的PP-MA、有機改性的OMMT、功能化的f-SWCNTs制備出多元納米復合材料。結(jié)合XRD、SEM、DSC及PLM來研究了功能化碳納米管對PP-MA/OMMT納米復合材料微觀結(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分子鏈段進入OMMT層間；同時在降溫過程中，f-SWCNTs可能促使部分已進入OMMT層間的PP-MA分子鏈段從OMMT層間遷移出來。從而導致了三元納米復合材料中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復合材料中，f-SWCNTs

6、對PP-MA/OMMT納米復合材料的微觀結(jié)構(gòu)起決定性的作用。 進一步利用f-MWCNT表面的極性官能團，制備了PP/PET/f-MWCNTs原位微纖化復合材料，通過DSC及SEM研究了f-MWCNTs在PP/PET/f-MWCNTs原位微纖化復合材料中的選擇性分散。進一步證明了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-