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《湖南大学》 2006年
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碳纳米管侧壁羧酸功能化及其与聚氨酯复合研究

陈小金  
【摘要】: 碳纳米管(CNTs)以特有的力学、电学和化学特性以及独特的准一维管状分子结构,在未来高科技领域中具有许多潜在应用价值,迅速成为化学、物理学及材料科学领域的研究热点。然而,CNTs呈化学惰性且不溶于常见的溶剂,这成为开展对其研究与应用的最大障碍。鉴于此,本研究利用丁二酸酰基过氧化物对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行侧壁羧酸功能化,以增加其化学活性和分散性;在此基础上利用原位缩聚法,实现了聚氨酯(PU)在MWCNTs侧壁上的接枝,并考察了不同功能化和不同含量的碳管对MWCNTs/PU复合材料的力学及热性能的影响。 首先,采用自由基加成反应的方法,利用丁二酸酰基过氧化物对MWCNTs进行侧壁羧酸功能化,通过光谱对产物进行了表征,并考察了其分散性。结果表明:羧基自由基的进攻导致MWCNTs侧壁部分的sp~2杂化碳原子转变成sp~3杂化,实现了MWCNTs的侧壁羧基功能化,羧基数量较纯化的MWCNTs有一定程度的增加。电镜结果表明,侧壁功能化后的MWCNTs缠绕程度降低。此外,MWCNTs侧壁羧基功能化使得其悬浮液有更高的ζ电位,MWCNTs之间的静电排斥作用也随之增强,悬浮液呈现较好的分散稳定性。 其次,利用原位缩聚法,在侧壁功能化后MWCNTs上进行了PU接枝改性,并对接枝效果进行了表征。结果表明:该接枝过程结合了“grafting to”和“grafting from”两种接枝方法的优点,保障了PU在碳管上的接枝效率。MWCNTs表面接枝上了一层厚度为2~5nm的PU,表面呈凹凸不平的状态。TG结果表明PU接枝率达到54%左右。最后,采用原位复合法制备了不同功能化和不同含量的MWCNTs/PU复合材料,考察其对复合材料的力学及热性能的影响。结果表明:随着MWCNTs含量的增加,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率呈现先增加后下降的变化趋势,MWCNTs的含量为1%左右时复合材料的性能最优,侧壁功能化更有利于提高复合材料的力学性能。另外,MWCNTs的加入对复合材料中基体PU软段的T_g和硬段结晶有着非常复杂的影响。TEM结果表明,碳管含量小于1%时在基体中有较好的分散,特别是侧壁功能化的MWCNTs在局部区域出现了单分散情况。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB383.1

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