富勒烯C60及溶劑體系協(xié)同誘導聚碳酸酯高壓下結晶行為的研究.pdf

1、雙酚A型聚碳酸酯（以下簡稱PC）具有良好的光學特性，優(yōu)異的沖擊性能以及較高的玻璃化轉變溫度等優(yōu)點，因此被廣泛應用于電子電氣、窗用玻璃、包裝材料、醫(yī)療設備、機械制造、保安及日用品等領域。PC產(chǎn)品通常為無定形態(tài)，但其在一定條件下可以結晶。結晶狀況與其變形破壞及透光率等物理機械性能密切相關，決定了制品的使用范圍及壽命。PC因其分子主鏈上苯環(huán)密度較大，在常壓下本體結晶困難，因而影響其部分物理性能，并限制了其應用領域。所以PC結晶行為的研究，對其

2、分子結構設計及成型加工工藝條件的選擇具有重要的指導意義。
　　 富勒烯C60是籠狀結構的零維碳納米材料，因具有納米效應等，將其添加到聚合物中可以起到獨特的納米成核效應。而增塑劑常常是“類溶劑”物質，加入增塑劑能降低聚合物的玻璃化轉變溫度，分子鏈運動能力的增加原則上可以加快晶體的成核及生長速率。增塑的高聚物實際上是一種特殊的高分子濃溶液。傳統(tǒng)增塑劑如鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)有很優(yōu)秀的增塑效果，因而得到廣泛的應用。此外，離子液體如

3、1-丁基-3-甲基咪唑三氟磺酰亞胺鹽([bmim]Tf2N)是近年發(fā)展起來的新型綠色溶劑，因其低粘度和良好的穩(wěn)定性等特點，適合做為新型增塑劑應用于聚合物領域。
　　 本論文采用簡單環(huán)保的物理機械法，制備了整體分散均勻良好的PC/DOP/C60及PC/IL/C60三元納米復合材料，并研究了兩種溶劑體系，即DOP與[bmim]Tf2N，分別與C60協(xié)同誘導PC的高壓結晶過程，掌握了體系形態(tài)演化規(guī)律，并分析了所生成聚合物晶體結構的形成

4、機理，力求為新型聚合物納米功能復合材料的設計和制各探索出一條新途徑。主要研究結果如下:
　　 1)與PC/DOP二元復合材料相比，三元復合材料PC/DOP/C60中聚合物更容易結晶。DSC結果表明，對于常壓制備的三元熔融共混物(PC/DOP/C60)，DOP添加含量為20wt％時的樣品出現(xiàn)了熔融峰和冷結晶峰，而二元共混體系(PC/C60及PC/DOP)均為非晶。在C60及DOP的協(xié)同誘導下，高壓結晶復合材料的結晶度與結晶速率均顯

5、著提高。同時，XRD檢測結果證明DOP與C60的引入均沒有導致PC晶型的改變。
　　 2)DOP與C60對PC高壓結晶的協(xié)同促進作用，使得聚合物在特定結晶條件下可以得到快速生長的多孔結構晶體微球。SEM觀察表明，高壓下PC/DOP/C60三元復合體系中，隨著結晶溫度升高，能夠得到由零維納米晶粒融合生長所形成的一維片狀晶體結構，二維樹枝狀晶體結構，以及三維立體開放的球晶體結構。此外，DOP誘導的本體結晶與C60誘導的異相成核效應共

6、存，使得在同一樣品中出現(xiàn)了典型球晶與三維立體開放球晶體共存的形貌。這類快速可控生長的PC晶體微球，由于其獨特的微觀結構，可望應用于于藥物緩釋及其它表面智能納米界面材料領域。
　　 3)離子液體[bmim]Tf2N能夠有效的改善PC的結晶能力。離子液體對PC有明顯的增塑作用，能夠有效的降低其玻璃化轉變溫度，增強其分子鏈的運動能力，使得PC在與[bmim]Tf2N熔融共混過程中即可結晶。研究也表明，添加離子液體使得高溫高壓結晶的復合

7、材料熔點降低，且離子液體含量對PC結晶性能的影響較小。此外，對于[bmim]Tf2N含量為10wt％與15wt％的PC/[bmim]Tf2N復合材料，高溫下較長時間高壓結晶所得到的樣品其熔點與結晶度變化不大，但在較低溫度下其結晶度隨離子液體含量的增加而顯著增加。
　　 4)在離子液體[bmim]Tf2N與C60的協(xié)同作用下，PC/[bmim]Tf2N/C60復合材料在較短時間內(nèi)高壓結晶即得到熔點較高，結晶度較大的樣品。結晶條件對

8、PC/[bmim]Tf2N/C60復合材料的結晶性能有較大影響。PC/[bmim]Tf2N/C60復合材料熔點隨溫度的增加而不斷降低，而熔融焓則逐漸增加;壓力增加時，PC/[bmim]Tf2N/C60的熔點與結晶度均不斷降低。盡管離子液體[bmim]Tf2N可在高壓下一定程度上促進PC結晶，但與DOP相比，其與C60的協(xié)同誘導結晶作用較弱。另外，離子液體也可與C60協(xié)同誘導PC在較短時間內(nèi)生長出三維立體晶體結構，且可誘導PC分子鏈自組裝