碳納米管增強(qiáng)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(duì)提高碳納米管的溶劑溶解性和利用其迷人性能來(lái)制備功能納米材料及器件的強(qiáng)烈需要,最近數(shù)年來(lái),碳納米管(CNT)的功能化或表面修飾吸引了人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注,尤其是在其表面進(jìn)行分子設(shè)計(jì)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(lái),這兩種方法得以發(fā)展起來(lái),實(shí)現(xiàn)了將聚合物共價(jià)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(tuán)(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(tuán)(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(diǎn):(1)大分子末端必須含有特定官能團(tuán),(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(lái)"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(lái)生長(zhǎng)大分子.不過時(shí)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(lái)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(gè)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(qiáng)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(cè)定了尼龍/碳納米管原位復(fù)合物的熱性能和基本機(jī)械性能應(yīng)用DSC、熱失重、DMA、lnstron拉力機(jī)等測(cè)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(jī)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(zhǎng)率有所下降.結(jié)晶動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)顯示,碳納米管具有強(qiáng)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(shí),它對(duì)尼龍分子鏈運(yùn)動(dòng)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(cè)定應(yīng)用HP8510C網(wǎng)絡(luò)分析器和直接反射線校準(zhǔn)程序測(cè)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(shí)際介電常數(shù)有很大的提高.當(dāng)碳納米管上的缺陷點(diǎn)與尼龍1010形成共價(jià)鍵,碳納米管上剩余的缺陷點(diǎn)仍然能夠與入射的微波相互作用,并且能夠增加對(duì)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?jī)?chǔ)存、RAMs和EMIS的材料. 4. 聚己內(nèi)醑和聚丙交醑對(duì)碳納米管的功能化修飾通過"接出來(lái)"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(duì)添加量來(lái)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(jìn)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(duì)納米復(fù)合物的等溫和非等溫結(jié)晶動(dòng)力學(xué)進(jìn)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