碳纳米管增强的聚酰胺和聚酯纳米复合材料的制备、结构与性能的研究

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1、上海交通大学博士学位论文碳纳米管增强的聚酰胺和聚酯纳米复合材料的制备、结构与性能的研究摘要出于对提高碳纳米管的溶剂溶解性和利用其迷人性能来制备功能纳米材料及器件的强烈需要，最近致年来，碳纳米管(cND的功能化或表面修饰吸引了人们越来越多的关注，尤其是在其表面进行分子设计和裁剪，更是广受科学界的关注。因而，目前“接上去”和“接出来”这两种方法得以发展起来，实现了将聚合物共价接枝到碳纳米管的表面。前者是直接将特定大分子末端所含有活性官能团(例如014-和Nl-12，等)与碳纳米管表面预先处理所得到活泼官能团(例如-CO

2、OH和-COCI等)直接反应得到的．这种方法显而易见存在着诸多缺点：(1)大分子末端必须含有特定官能团，(2)接枝密度低．以及(3)接枝量的不可控性。因而人们的注意已经转移到“接出来”这种方式，可以通过在碳纳米管的外表面直接用商业化的那些聚合单体来生长大分子。不过时至今日在碳纳米管大分子功能化领域依然有存在如下难题；(1)大分子接枝量的可控性；(2)制备基于碳纳米管的生物纳米材料；(3)如何利用碳纳米管的优良性能来改善聚合物．本论文试图探索这些问题，解开这一化学、材料、物理和碳纳米管科学之间的这一交叉领域的密码。利

3、用原位聚合的方式将尼龙和聚酯接枝到碳纳米管上，并且研究这种纳米复合物的结构和性能。上述的二个难题也得以解决(1)大分子的接枝量可以通过调节单体和碳纳米管引发剂(MWNT-OH)的加料比例得到很好控制；(2)获得了可生物降解的碳纳米管／聚合物纳米复合材料i(3)碳纳米管的刚性、热稳定性和聚合物的韧性，易加工性完美地结合在一起。具体如下所述：I．制各碳纳米管，尼龙1010和尼龙Il纳米复台材料利用原位缩綦的方法制各了碳纳米管与尼龙1010和尼龙JJ的原位复合物，应用红外光谱，高分辨扫描电镜和x射线衍射表征了纳米复合物的

4、结构。研究结果表明，碳纳米管在尼龙基体中具有良好的分散性，尼龙分子链与碳纳米管之间存在强烈的相互作用，甚至一部分尼龙分子接枝到碳纳米管上。2．测定了尼龙磁纳米管原位复合物的热性骓和基本机械性能应用DSC、熟失重、DMA、[nstron拉力机等测定了碳纳米管与尼龙1010和尼龙上海交通大学博士学住论文ll复合物的热性能和基本机械性能。结果表明，与纯尼龙相比，纳米复合物具有较高的热稳定性和模量，但其断裂生长率有所下降。结晶动力学数据显示，碳纳米管具有强烈的异相成核作用，它提高了尼龙的结晶速率，但当碳纳米管含量较高时，它

5、对尼龙分子链运动的物理障碍作用则使得尼龙结晶速度有所下降。3．碳纳米管，尼龙1010复合物的微波吸收性能的测定应用HP8510C网络分析器和直接反射线校准程序测试复合材料的电性能，碳纳米管／尼龙1010复合材料的实际介电常数有很大的提高．当碳纳米管上的缺陷点与尼龙1010形成共价键，碳纳米管上剩余的缺陷点仍然能够与入射的微波相互作用，并且能够增加对入射波的吸收。尼龙1010，碳纳米管复台材料表现出良好的绝缘性能并且能够被作为高能量储存，RAMs和EMIS的材料。4．聚己内酯和聚丙交醣对碳纳米管的功能化修饰通过“接出

6、来”的方式，应用原位开环聚合法，成功地将聚己内酯和聚丙交酯接枝到碳纳米管的外表面。聚合物的厚度可以通过单体与引发剂MWNT-OH的相对添加量来控制。所得到的基于MWNT的纳米复合材料以FTIR、NMR、SEM、TEM和TGA进行了表征。5．碳纳米管，聚己内酯复合物的结晶性和生物降解性的研究采用DSC对纳米复合物的等温和非等温结晶动力学进行了研究，碳纳米管的加入起到了异相成核的作用，提高了聚己内酯的结晶速率，缩短了结晶周期：另一方面，碳纳米管的加入阻碍了聚己内酯分子链的规整排列，降低了聚己内酯基体的结晶度。生物实验的

7、结果说明，这种纳米复合物上聚己内酯部分可以被脂肪酶完全降解。关键词：尼龙、聚己内酯、聚丙交酯、生物降解、接枝、功能化、MWNT、晶体结构、晶型转变、碳纳米管、复合物圭查奎墨垄垩堡±兰竺堡墨PREPARATION，STRUCTUREANDPROPERTIESOFCARBONNANO彻EREINFORCEDPO“AMIDEANDPOLYESTERABSTRACTFunctienalizationofcarbonnanotohes(CNTs)hasarousedincreasinginterestduetothestro

8、ngdesiretoimproveChiTs’solubilityandthefascinatingcapacitytofabricatenovelnanomaterialsandnanodevicesbymoleculardesignandtailoring．Thus，the"graRingto"and“grafting‰”approacheswerede