碳納米管選擇性分散及其誘導不相容共混物結晶的研究.pdf

1、聚合物共混改性可以使單一聚合物的性能優(yōu)化組合，并且獲得一些特殊性能，成為開發(fā)新型高分子材料的有效途徑。對于大部分的聚合物在熱力學上是不相容的，不相容共混物增容改性的方法很多，添加無機納米填料是一種實際有效的方法。碳納米管(Carbon Nanotubes，CNTs)自從被發(fā)現(xiàn)以來，由于其具有優(yōu)異的力學、導電、導熱特性而備受關注，此外碳納米管對結晶聚合物是很好的成核劑，少量的碳納米管可以誘導結晶，降低結晶活化能，提高結晶速率。聚苯乙烯(P

2、olystyrene，PS)、聚丙烯(Polypropylene，PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)在生活、工程應用上很廣泛，對其進行共混改性具有現(xiàn)實意義。本論文以PS/PP、PS/PET不相容共混物作為研究對象，多壁碳納米管(Multi-Walled Nanotubes，MWCNTs)做為無機納米填料來制備納米復合材料。首先對碳納米管進行化學改性，改善其與基體之間的相互作用，控

3、制其在復合材料中的分布；研究了加工共混條件、增容劑的添加、界面條件等對碳納米管在不相容共混物中選擇性分布的影響，并進一步探討了碳納米管的分布對結晶相的結晶行為以及對復合材料微觀相形貌的影響。主要研究結果如下：
　　 (1)對碳納米管先酸化處理，然后與馬來酸酐反應，使其表面接枝上羰基、羥基、羧基等活性基團，得到改性的多壁碳納米管(Functionalized Multi-walled CarbonNanotubes，F(xiàn)-MWCNT

4、s)。
　　 (2)把F-MWCNTs加入到PS/PP不相容共混物中，PS與F-MWCNTs通過溶液法配制母料，再與其他組分擠出注塑制備復合材料。對PP結晶行為的研究發(fā)現(xiàn)，PS/PP共混物中，PP在低溫、高溫處出現(xiàn)兩個結晶峰，有分級結晶現(xiàn)象，但添加F-MWCNTs后PP只有一個高溫結晶峰，分級結晶現(xiàn)象消失；同時，PS/PP/F-MWCNTs復合材料中PP相的結晶溫度比PS/PP共混物中PP相的結晶溫度高，復合材料中PP相的結晶溫

5、度隨著PP含量的增加而逐漸提高，表明F-MWCNTs跟PP間相互作用更強，F(xiàn)-MWCNTs從PS相遷移到了PP相中，F(xiàn)-MWCNTs作為很好的異相成核劑誘導PP結晶。另外動態(tài)力學分析(Dynamic Mechanical Analysis，DMA)數(shù)據(jù)表明，復合材料中PS、PP的玻璃化溫度有所降低，說明F-MWCNTs充當了增塑劑的作用。掃描電子顯微鏡(ScanningElectron Microscope，SEM)對復合材料相形貌研究

6、表明F-MWCNTs的引入在一定程度上促進了PS/PP相形貌從“海島”相向雙連續(xù)相的轉變。
　　 (3)在80PP/20PS不相容共混物中添加馬來酸酐接枝苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯(Maleic Anhydride Grafted Styrene-Ethylene-Butylenes-Styrene，SEBS-MA)作為增容劑，降低了兩相的界面張力，增強了兩相間的粘結力，分散相粒徑變小，分散更均勻。同時研究了加工共混條件以及增

7、容劑對F-MWCNTs在復合材料中選擇性分布情況的影響。以PP/F-MWCNTs作為母料制備的納米復合材料，SEBS-MA加入后PP的結晶溫度降低，表明F-MWCNTs與SEBS-MA的相互作用比較強，部分的F-MWCNTs被SEBS-MA誘導而從PP相中遷移出來；DMA表征發(fā)現(xiàn)PS玻璃化溫度沒有變化，F(xiàn)-MWCNTs并沒有遷移到PS相中。以PS/F-MWCNTs作為母料制備的納米復合材料，各個組分中PP的結晶溫度變化不大，DMA結果發(fā)

8、現(xiàn)PP玻璃化溫度也沒有變化，說明F-MWCNTs沒有遷移到PP相中，主要還是分布在PS相中，SEBS-MA的存在可以阻止F-MWCNTs的遷移。以PP-MA為基體，PS/F-MWCNTs為母料制備的納米復合材料，PP-MA結晶行為的研究也說明SEBS-MA與F-MWCNTs之間的相互作用力比PP-MA與F-MWCNTs之間的作用力更強。
　　 (4)制備了PS/PET/F-MWCNTs納米復合材料，通過熱力學潤濕系數(shù)計算表明F-