超臨界CO2輔助制備POM、PE-b-PEO-CNTs納米復(fù)合物的研究.pdf

1、近些年來,碳納米管由于它的出色的機(jī)械性能、熱導(dǎo)性能、電學(xué)和光學(xué)性能,廣泛的應(yīng)用于納米復(fù)合物的制備、分子設(shè)備和先進(jìn)材料的制備領(lǐng)域。然而,由于碳納米管的高的長徑比,導(dǎo)致它在有機(jī)溶劑或者聚合物中的分散性很差,這樣就阻礙了碳納米管的進(jìn)一步的應(yīng)用。利用聚合物包覆碳納米管,可以有效地改變碳納米管在有機(jī)物或溶劑中的分散性。超臨界流體在聚合物合成和加工工程中應(yīng)用很多,是因?yàn)樗牡驼扯?高擴(kuò)散系數(shù)、小的表面張力。超臨界二氧化碳具有價格低廉,不可燃,無毒的

2、特點(diǎn),并且可以通過簡單地降低系統(tǒng)的壓力來完全清除二氧化碳,所以它被認(rèn)為是一種良好的可以取代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑的環(huán)保溶劑。所以,采用超臨界二氧化碳抗溶劑技術(shù),選擇具有代表性的兩種結(jié)晶聚合物,聚甲醛和聚乙烯聚環(huán)氧乙烷共聚物,修飾在碳納米管的表面,得到聚合物和碳納米管的復(fù)合材料。
　　 作為一種典型的高結(jié)晶性的工程應(yīng)用塑料,聚甲醛在工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。我們成功的利用超臨界二氧化碳抗溶劑技術(shù),誘導(dǎo)聚甲醛包覆在單壁碳納米管上,得到了一種新

3、的功能性材料。利用透射電鏡和場發(fā)射掃描電鏡觀察到,單壁碳納米管上被一層聚甲醛結(jié)晶體包覆,包覆厚度為幾個納米。還從制備的聚甲醛/單壁碳納米管復(fù)合物樣品的紅外和拉曼光譜中得到,在聚甲醛分子和單壁碳納米管之間存在著CH-π相互作用的存在,盡管CH-π之間的相互作用很微弱,但是他對碳納米管在有機(jī)溶劑中的分散的影響很明顯。還討論了聚甲醛/單壁碳納米管復(fù)合物隨實(shí)驗(yàn)壓力的增加形貌的變化情況,發(fā)現(xiàn)隨著實(shí)驗(yàn)壓力的增加,聚甲醛包覆在單壁碳納米管上的厚度是增

4、加的,并且樣品的分散性也是在較高的壓力條件下比較好,隨著壓力的增加,聚甲醛與單壁碳納米管之間的相互作用力也有增大的趨勢。隨后,研究了聚甲醛/單壁碳納米管復(fù)合物在不同壓力條件下的熱穩(wěn)定性,通過DSC和TGA分析,得到經(jīng)過聚甲醛修飾過的碳納米管加入到聚甲醛基質(zhì)后的樣品比沒有經(jīng)過聚甲醛修飾過的碳納米管加入到聚甲醛基質(zhì)后的樣品的熔點(diǎn)高,并且樣品的熱穩(wěn)定性隨著聚甲醛包覆在碳納米管上的厚度增加而增大。所以希望本項(xiàng)工作可以開啟一個新穎的制備聚甲醛/單

5、壁碳納米管復(fù)合物方法,利用超臨界二氧化碳的抗溶劑性制各碳納米管基的納米復(fù)合物,這種聚甲醛/單壁碳納米管復(fù)合物具有可控性、較高的熱穩(wěn)定性、良好的分散性等特點(diǎn)。
　　 利用超臨界二氧化碳抗溶劑技術(shù),成功的將一種經(jīng)典的兩親性嵌段共聚物,聚乙烯聚環(huán)氧乙烷嵌段共聚物,誘導(dǎo)結(jié)晶在單壁碳納米管和多壁碳納米管的表面上。根據(jù)嵌段共聚物的特點(diǎn),選用了三種不同的有機(jī)溶劑,這三種有機(jī)溶劑對兩個嵌段的選擇性不同,從而可以達(dá)到通過簡單的調(diào)控溶劑的變化,來控

6、制聚乙烯聚環(huán)氧乙烷嵌段共聚物包覆在碳納米管上的形貌的變化。通過透射電鏡,觀察到,當(dāng)DCB或者p-xylene作為有機(jī)溶劑時,得到了具有周期性變化的圖案,換成DMAc后,出現(xiàn)了薄層修飾在了單壁碳納米管上。另外還討論了,實(shí)驗(yàn)壓力的變化對修飾形貌的影響,發(fā)現(xiàn)隨著超臨界二氧化碳壓力的增加,PE-b-PEO包覆在單壁碳納米管上的厚度是呈現(xiàn)增大的趨勢。通過紅外和拉曼光譜的表征,得到在有機(jī)溶劑為DCB或者p-xylene中,PE-b-PEO與SWCN

7、Ts之間主要存在著CH-π相互作用,而在DMAc溶劑中,OH-π則為主要的相互作用。當(dāng)將單壁碳納米管換成多壁碳納米管后,發(fā)現(xiàn)與單壁碳納米管誘導(dǎo)嵌段聚物結(jié)晶形成的晶體形態(tài)相比,由多壁碳納米管誘導(dǎo)嵌段共聚物結(jié)晶形成的圖案尺寸更大更規(guī)整,并且隨著超臨界二氧化碳壓力的增加,PE-b-PEO包覆在多壁碳納米管上的片晶厚度是呈現(xiàn)增大的趨勢。因此,希望本項(xiàng)工作可以開創(chuàng)一種簡便的方法,利用環(huán)境友好的超臨界二氧化碳技術(shù)制備出嵌段共聚物與碳納米管的復(fù)合物,