碳納米管的分散性研究及其與聚乙烯醇復(fù)合纖維的制備.pdf

1、本課題分別用物理和化學(xué)的方法對多壁碳納米管（MWCNTs）進行表面修飾，使其接枝親水基團，進而改善其在溶劑中的分散性。將改性后的碳納米管與聚乙烯醇（PVA）共混，經(jīng)過濕法紡絲和熱拉伸制得 PVA/MWCNTs復(fù)合纖維，并對其結(jié)構(gòu)和性能進行了研究，主要研究內(nèi)容與結(jié)論如下：
　?。?）通過傅克烷基化反應(yīng)將PVA接枝到MWCNTs的表面，通過對比優(yōu)化出最佳反應(yīng)條件，核磁共振（13C NMR）和拉曼光譜（Raman spectra）證明了

2、PVA和碳管之間的化學(xué)鍵連接。將制得的功能化MWCNTs（f-MWCNTs）在溶劑(DMSO/H2O(vol ratio=3/1))中進行分散，并在室溫下放置一定時間，觀察其分散情況，并通過紫外-可見分光光度計（UV-vis），透射電子顯微鏡（TEM）觀測其分散程度，結(jié)果表明碳納米管能夠在溶劑中均勻地分散。
　　另外，傳統(tǒng)的以王水處理 MWCNTs使其表面帶上羧基進而改善其水溶性的方法也作為對比試驗進行。實驗及測試結(jié)果表明，王水處

3、理過的MWCNTs表面有嚴重的破壞，碳管表面的石墨烯層存在大量的缺陷，而傅克烷基化處理的碳納米管結(jié)構(gòu)幾乎沒有受到破壞。
　　（2）將最佳分散的f-MWCNTs和PVA通過濕法紡絲工藝制備PVA/f-MWCNTs復(fù)合纖維并進行熱拉伸。對制成的纖維進行力學(xué)，熱學(xué)，表面形貌和導(dǎo)電性能進行研究，結(jié)果表明，PVA/f-MWCNTs復(fù)合纖維的強度和模量與純PVA纖維對比分別增加了280.6％和421.0%。差示掃描量熱法（DSC）結(jié)果說明碳納

4、米管的引入降低了PVA的結(jié)晶性能，而掃描電子顯微鏡（SEM）圖像間接說明了在復(fù)合纖維中，一開始隨著碳納米管含量的增加碳納米管與聚合物基體之間的結(jié)合力逐漸變大，而當(dāng)碳管含量達到一定的含量時，會發(fā)生團聚現(xiàn)象，進而對復(fù)合纖維力學(xué)和導(dǎo)電性能都產(chǎn)生嚴重影響。王水處理的碳管在相同條件下所得纖維無論是熱穩(wěn)定性還是力學(xué)性能都遠遠低于f-MWCNTs復(fù)合纖維。
　　（3）作為與化學(xué)修飾的對比，用迷迭香酸（RosA）和其他幾種分散劑（單寧酸，十二烷基

5、苯磺酸鈉和原花青素）分別對碳納米管進行表面修飾，在室溫條件下放置一段時間，觀察其分散性，并采用 TEM，UV-vis光譜對溶液進行表征，結(jié)果表明經(jīng)過RosA修飾的碳納米管（m-MWCNTs）能夠在室溫下穩(wěn)定分散在水溶液中達30天，TEM表明碳納米管的規(guī)整石墨烯結(jié)構(gòu)并沒有遭到破壞。核磁共振氫譜（1H NMR）和拉曼光譜結(jié)果表明多壁碳納米管和RosA之間存在π-π堆垛的相互作用。
　?。?）把經(jīng)RosA修飾的碳管和聚乙烯醇溶液進行共混