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《北京化工大学》 2010年
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两种生物降解高分子/多壁碳纳米管复合材料的制备和性能研究

徐长玲  
【摘要】: 最近,碳纳米管由于其优异的性能而受到人类的广泛关注,尤其是作为聚合物基体的填充物的工作中显示出良好的应用前景,本课题是以生物降解的高分子材料聚羟基-丁酸酯(PHB)和聚己内酯(PCL)为填充基体,分别通过溶液超声法和熔融混合法填充物理性能优异的碳纳米管以制备碳纳米管含量不同的纳米复合材料,研究其结构与性能,改善材料的性能,以扩大应用领域为目的,主要工作如下: 1.利用溶液超声法制备了PHB和质量含量为2.0%的羧化的多壁碳纳米管(f-MWNTs)的复合材料。采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热台偏光显微镜(POM)、广角x-射线衍射仪(WAXD)和热失重(TG)分别研究了f-MWNTs在基体中的分散性以及复合材料的非等温结晶行为、结晶形态和热稳定性。SEM和TEM结果表明,f-MWNTs在基体中能够均一的分散,DSC, WAXD研究结果发现f-MWNTs的加入在等温和非等温过程中起到了异向成核的作用,结晶速率有了明显的提高,但结晶机理和晶体结构基本上没有发生变化,POM结果说明碳纳米管细化了晶体粒度,有力的促进了PHB的结晶过程。采用Avrami能够较好的描述本体系的等温结晶过程。采用不同的降温速率和升温速率分析研究了纯PHB和复合材料的复杂的结晶和熔融行为。TG研究结果表明随着f-MWNTs含量增加至2%时,复合材料的热降解温度提高10℃,明显的提高了PHB的热稳定性。本课题工作采用两种不同的表征方法研究PHB和复合材料的活化能,研究结果表明碳纳米管的加入在一定程度上提高了PHB的活化能。 2.利用熔融混合法制备PCL和低f-MWNTs填充含量分别为0.2%、0.5%的纳米复合材料。采用SEM、TME、DSC、WAXD、拉伸测试(Tensile test)和动态力学测试(DMA)等测试手段进行表征。研究结果表明,f-MWNTs在基体中有良好的分散性。相对于纯PCL, f-MWNTs的存在提高了复合材料的非等温结晶和等温结晶速率。少量的f-MWNTs的加入极大的提高了PCL的拉伸强度,复合材料的静态力学性能有所改善。DMA发现,在本篇研究测试的范围内,复合材料的储能模量要明显大于纯PCL,在f-MWNTs的含量为0.5%时,尤为显著。这是由于f-MWNTs在基体中的均一分散和与基体之间存在着较强的界面结合力。
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