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原位包覆聚氨酯碳纳米管复合材料的制备及其性能研究

汪晓  
【摘要】: 本文采用混酸(浓HNO_3/浓H_2SO_4,1:1,v/v)对纳米碳管进行氧化处理,用傅立叶变化红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对氧化碳纳米管进行了表征,结果表明碳纳米管的表面产生了一定量的羟基官能团,这些基团为接下来的共价功能化提供了反应点。 高反应活性的线形聚丙烯酰氯通过其酰氯侧基的酯化反应共价接枝到酸处理后的碳纳米管表面。由于碳纳米管表面的羟基仅消耗少量的酰氯基团,因此大部分的高活性酰氯基团仍然保留在接枝的聚合物链上,这些酰氯基团再和适量的乙二醇发生酯化反应,得到活性较高的多羟基功能化碳纳米管。通过FTIR和透射电镜(TEM)表征了多羟基功能化碳纳米管的结构和形貌。这些羟基为以后进一步功能化碳纳米管提供了一个活性平台。 利用这个活性平台,本文采用原位缩合聚合方法将聚氨酯共价包覆到了碳纳米管表面。将多羟基功能化的碳纳米管作为一种单体,与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)和1,4-丁二醇(BDO)两种单体原位缩和聚合,使碳纳米管表面原位共价包覆上一层聚氨酯。同时利用FTIR、XPS表征了共价包覆聚氨酯的碳纳米管的化学结构,利用TEM和扫描电镜(SEM)对产物结构和形貌进行了表征,利用热失重表征了聚合物的接枝率,结果表明有大量的聚合物接枝到碳纳米管的表面。 将包覆聚氨酯的碳纳米管和聚氨酯基体在溶剂中混合,溶剂挥发后得到纳米复合材料膜。与纯聚氨酯相比,填充了1wt%的聚氨酯功能化碳纳米管,即含0.1wt%的碳纳米管的复合材料拉伸强度提高了60.6%,模量提高了6.3%。


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