聚丙烯碳納米管復合材料的光穩(wěn)定性研究【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設計開題報告</b></p><p><b>　　高分子材料與工程</b></p><p>　　聚丙烯/碳納米管復合材料的光穩(wěn)定性研究</p><p>　　一、選題的背景、意義</p><p>　　聚丙烯作為通用塑料，具有物理性能優(yōu)異、成型加工容易、密度小等優(yōu)點，廣

2、泛應用于各個行業(yè)中。聚丙烯因其價錢低廉，在塑料工業(yè)中占著越來越重要的位置。但由于聚丙烯是非極性高聚物其染色性、粘結性、低溫脆性低等性能都較差，這就限制了聚丙烯的進一步應用。</p><p>　　理論研究表明，納米材料可以大幅度地提升聚合物材料的性能。而碳納米管自發(fā)現(xiàn)以來，許多研究表明CNTs具有獨特的結構，優(yōu)異的力學性能、電學性能、化學性能。如，具有極高的強度、韌性、彈模量及其納米尺寸和極大的長徑比，使其有望成為

3、復合材料理想的增強體。同時，其優(yōu)良的電導率、熱導率、化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，也可能使復合材料多功能化[1]。</p><p>　　為了拓展聚丙烯的應用范圍，利用碳納米管改性聚丙烯塑料，是一種行的嘗試。利用碳納米管的綜合性能，來改性聚丙烯的性能，使得能夠成為一種高性能的塑料新品，可能提高其性能進一步擴大其應用范圍。</p><p>　　二、相關研究的最新成果及動態(tài) </p>&l

4、t;p>　　聚丙烯（PP）是一種性能優(yōu)良的熱塑性合成樹脂，具有優(yōu)良的剛性、高的熱變形溫度、易成型加工，電絕緣性和卓越的耐折疊性。因而廣泛地應用于工業(yè)制品、日用品、包裝膜、纖維、涂料等領域[2-4]。在五大通用塑料中，產量僅次于聚乙烯和聚氯乙烯，國內消費量僅次于聚乙烯位于第二位。但PP也存在著韌性差，對缺口敏感、不耐磨、成型收縮率大燈缺點。</p><p>　　隨著熟料工業(yè)的迅速發(fā)展和人們對高附加值產品需求量

5、的增加，PP工業(yè)需要調整產業(yè)結構，開拓新的應用領域[5-8]，增加新型高性能的品種、牌號，大力研究開發(fā)PP改性技術和PP改性產品，促使PP向工程塑料及功能材料方向發(fā)展。</p><p>　　近年來，用碳納米管作為增強相制備復合材料的研究雖然取得了一定的成果，單在改善材料的性能方面進展有限。有人[9]發(fā)現(xiàn)，超高分子量聚乙烯摻雜少量碳納米管后，其電阻率明顯降低。沈曾民等[10]采用爐流動法催化裂解笨制備出的MWNTs

6、，采用液相陽極氧化法對其進行表面處理，使碳納米管表面含氧量增加，增加了其表面含氧官能團。碳納米聚合物基復合材料的發(fā)展水平仍然處于實驗室階段和專利階段，工業(yè)化項目不多，還有很多問題有待解決和研究。目前已經能夠成功的制備聚丙烯/碳納米管復合材料，制備的主要方法有共混法、原位聚合法和溶膠-凝膠法。</p><p><b>　　共混法</b></p><p>　　該方法是通過

7、機械力方式或者通過溶液、乳液、熔融等形式直接將碳納米管與基體聚合物共混，并利用然納米管上的官能團與有機相的親和力達到有機物與無機物復合的目的。</p><p>　　2.1.1 機械力混合</p><p>　　Dondero等[11]將PP小顆粒研磨成粉狀，先預冷卻5min，然后以10Hz的頻率研磨2-3min，在每個研磨周期樣品都有1min的間歇冷卻，再將PP和CNT預混合后投入到Hak

8、ka小型實驗室雙螺桿擠出機以200℃，100r/min的條件加工10分鐘，然后通過1.75mm的圓柱型口模將復合材料擠出。</p><p>　　2.1.2 熔融共混</p><p>　　將PP和不同質量分數(shù)的MWNTs在190℃在共混10min，再在空氣中冷卻，制得了MWNTs質量分數(shù)分別為1%，3%和5%的PP/MWNTS復合材料[12]。共混法簡單易行，對碳納米管體積分數(shù)等便于控制，

9、但是不易實現(xiàn)碳納米管在聚合物中的均勻分散，對碳納米管進行表面修飾可以改善其在復合材料中的分散性。</p><p>　　2.2 原位聚合法（在位分散法）</p><p>　　此法是先將碳納米管于聚合物單體均勻分散，再引發(fā)單體聚合從生成復合材料的過程，也有利于碳納米管的π鍵或其表面的官能團參與聚合達到與有機相復合的目的。</p><p>　　賈志杰等[13]將已內酰胺

10、、胺基乙酸一起放入反應器，聚合一段時間后再加入碳納米管，最后得到了較高強度和韌性的復合材料。Wiemann等[14]用茂金屬作為催化劑以原位聚合的方法制備了PP/CNT復合材料。</p><p>　　原位聚合法可以水相或油相為反應介質，于共混法相比，該法可以容易地實現(xiàn)碳納米管在復合材料中的均勻分散，而且聚合物一次聚合成型，不需要再次熱加工，避免了由此產生的降解。</p><p>　　2.3

11、 溶膠-凝膠法</p><p>　　這種方法早期用來制備還有無機納米顆粒的納米聚合物復合材料，該方法有幾種情況[15]：(1)將前驅物溶解在事先制備好的聚合物溶液中，是前驅物經催化水解形成半互穿網(wǎng)絡；（2）將前驅物和單體溶解，讓水解和單體聚合同時發(fā)生，該法可以使一些完全不溶的聚合物均與嵌入無機網(wǎng)絡紅；（3）在聚合物或單體中引入能與無機組分形成化學鍵的基團，增加有機與無機組分之間的相互作用。</p>

12、<p>　　溶膠-凝膠法的優(yōu)點是條件溫和，兩相分散均勻，能摻雜大量的有機物活無機物，并控制組分的比例；以加工成型，可以制備高純度和均勻度的復合材料。因為在凝膠干燥的過程中，其溶劑、小分子、誰的揮發(fā)可能導致收縮脆裂。迄今為止，這種方法在國內外應用于制備碳納米管聚合物方面還沒有成熟的技術。</p><p>　　三、課題的研究內容及擬采取的研究方法、技術路線及研究難點，預期達到的目標</p>

13、<p>　　3.1 課題的研究內容及擬采取的研究方法</p><p>　　3.1.1 聚丙烯/碳納米管復合材料的制備</p><p>　　將PP與CNTs按比例混合，在同向雙螺桿（SHJ－20）擠出機上一定的溫度下熔融共混一定時間造粒，螺桿轉速為120 rpm。多壁碳納米管的添加量分別為0.1，0.2，0.5，1 and 2% wt./wt，經雙螺桿熔融共混的共混物，由注塑機

14、注入模具型腔中，注塑成型，樣條厚度約為1.5 mm。</p><p>　　3.1.2 聚丙烯/碳納米管復合材料的光氧化行為研究 </p><p>　　將厚度約為1.5 mm的樣條放在自制的紫外燈箱中進行輻照，研究羰基基團數(shù)、羥基基團數(shù)以及力學性能隨著光氧化時間的變化。</p><p>　　3.1.3 聚丙烯/碳納米管復合材料的表征</p><

15、p>　　采用Nicolet 5700型紅外光譜研究材料中羰基基團數(shù)、羥基基團數(shù)隨著光氧化時間的變化。根據(jù)ASTM D638塑料拉伸性能的標準試驗方法，采用電子萬能試驗機進行力學性能測試。采用Perkin-Elmer差示掃描量熱分析儀研究材料的熱學性能。采用蔡康偏光顯微鏡XP-400觀察復合材料表面形貌。</p><p><b>　　3.2 研究難點</b></p>&l

16、t;p>　?。?）選擇制備聚丙烯/碳納米管復合材料時熔融共混過程中合適的加工溫度和加工時間；</p><p>　?。?）弄清楚碳納米的加入量對PP/CNT復合材料紫外光穩(wěn)定性的影響。</p><p>　　3.3 預期達到的目標</p><p>　　在合適的條件下制備出聚丙烯/碳納米管復合材料，了解CNT促進和抑制PP紫外光氧化降解的機理。</p>

17、<p>　　四、論文詳細工作進度和安排</p><p>　　2010年11月18日—2010年12月31日 完成畢業(yè)論文過程材料（文獻綜述、開題報告、外文翻譯）</p><p>　　2011年1月1日—2010年4月9日 樣品的制備工作</p><p>　　2011年4月10日—2011年4月30日 結果表征及討論<

18、/p><p>　　2011年5月1日—2011年5月18日 整理畢業(yè)論文</p><p>　　2011年5月19日—畢業(yè)論文答辯 準備畢業(yè)論文答辯材料</p><p><b>　　五、主要參考文獻</b></p><p>　　[1]朱洪偉, 吳德海, 徐才錄. 碳納米管. 北京: 機械工業(yè)出版社,

19、 2003, 1: 338.</p><p>　　[2]殷錦捷, 屈曉莉, 王之濤. 聚丙烯改性的研究進展[J]. 上海塑料, 2007, 12(4): 9-13.</p><p>　　[3]陳雷. 纖維聚丙烯用脂的生及應用[J]. 化工科技市場, 2007, 3(2): 35-37.</p><p>　　[4]李漢鵬. 透明聚丙烯開發(fā)應用及市場前景[J]. Wor

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23、olymer Science, 2006, 44(5): 864-878.</p><p>　　[12]王彪, 孫廣平, 孫思國等. 聚丙烯/多壁碳納米管復合材料的熱性能和流變性能. 高分子學報, 2006, 3: 408-413.</p><p>　　[13]賈志杰, 徐才錄, 梁吉等. 新型碳材料, 1999, 14(2): 32-36.</p><p>　　[

24、14]Katharina Wiemann, Walter Kaminsky, Florian H Gojny, et al. Synthesis and properties of syndiotactc poly/carbon nanofiber and nanotube composites prepared by in setu polymerization with merallocene/MAO catalysts.Macro