聚丙烯碳纳米管复合材料的光稳定性研究开题报告

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1、开题报告聚丙烯/碳纳米管复合材料的光稳定性研究一、选题的背景、意义聚丙烯作为通用塑料，具有物理性能优异、成型加工容易、密度小等优点，广泛应用于各个行业中。聚丙烯因其价钱低廉，在塑料工业中占着越来越重要的位置。但由于聚丙烯是非极性高聚物其染色性、粘结性、低温脆性低等性能都较差，这就限制了聚丙烯的进一步应用。理论研究表明，纳米材料可以大幅度地提升聚合物材料的性能。而碳纳米管自发现以来，许多研究表明CNTs具有独特的结构，优异的力学性能、电学性能、化学性能。如，具有极高的强度、韧性、弹模量及其纳米尺寸和极大的长径比，使其有望成为复合材料理想的增强体。同

2、时，其优良的电导率、热导率、化学稳定性和热稳定性，也可能使复合材料多功能化[1]。为了拓展聚丙烯的应用范围，利用碳纳米管改性聚丙烯塑料，是一种行的尝试。利用碳纳米管的综合性能，来改性聚丙烯的性能，使得能够成为一种高性能的塑料新品，可能提高其性能进一步扩大其应用范围。二、相关研究的最新成果及动态聚丙烯（PP）是一种性能优良的热塑性合成树脂，具有优良的刚性、高的热变形温度、易成型加工，电绝缘性和卓越的耐折叠性。因而广泛地应用于工业制品、日用品、包装膜、纤维、涂料等领域[2-4]。在五大通用塑料中，产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯，国内消费量仅次于聚乙烯位于

3、第二位。但PP也存在着韧性差，对缺口敏感、不耐磨、成型收缩率大灯缺点。随着熟料工业的迅速发展和人们对高附加值产品需求量的增加，PP工业需要调整产业结构，开拓新的应用领域[5-8]，增加新型高性能的品种、牌号，大力研究开发PP改性技术和PP改性产品，促使PP向工程塑料及功能材料方向发展。近年来，用碳纳米管作为增强相制备复合材料的研究虽然取得了一定的成果，单在改善材料的性能方面进展有限。有人[9]发现，超高分子量聚乙烯掺杂少量碳纳米管后，其电阻率明显降低。沈曾民等[10]采用炉流动法催化裂解笨制备出的MWNTs，采用液相阳极氧化法对其进行表面处理，使

4、碳纳米管表面含氧量增加，增加了其表面含氧官能团。碳纳米聚合物基复合材料的发展水平仍然处于实验室阶段和专利阶段，工业化项目不多，还有很多问题有待解决和研究。目前已经能够成功的制备聚丙烯/碳纳米管4复合材料，制备的主要方法有共混法、原位聚合法和溶胶-凝胶法。2.1共混法该方法是通过机械力方式或者通过溶液、乳液、熔融等形式直接将碳纳米管与基体聚合物共混，并利用然纳米管上的官能团与有机相的亲和力达到有机物与无机物复合的目的。2.1.1机械力混合Dondero等[11]将PP小颗粒研磨成粉状，先预冷却5min，然后以10Hz的频率研磨2-3min，在每个研

5、磨周期样品都有1min的间歇冷却，再将PP和CNT预混合后投入到Hakka小型实验室双螺杆挤出机以200℃，100r/min的条件加工10分钟，然后通过1.75mm的圆柱型口模将复合材料挤出。2.1.2熔融共混将PP和不同质量分数的MWNTs在190℃在共混10min，再在空气中冷却，制得了MWNTs质量分数分别为1%，3%和5%的PP/MWNTS复合材料[12]。共混法简单易行，对碳纳米管体积分数等便于控制，但是不易实现碳纳米管在聚合物中的均匀分散，对碳纳米管进行表面修饰可以改善其在复合材料中的分散性。2.2原位聚合法（在位分散法）此法是先将碳

6、纳米管于聚合物单体均匀分散，再引发单体聚合从生成复合材料的过程，也有利于碳纳米管的π键或其表面的官能团参与聚合达到与有机相复合的目的。贾志杰等[13]将已内酰胺、胺基乙酸一起放入反应器，聚合一段时间后再加入碳纳米管，最后得到了较高强度和韧性的复合材料。Wiemann等[14]用茂金属作为催化剂以原位聚合的方法制备了PP/CNT复合材料。原位聚合法可以水相或油相为反应介质，于共混法相比，该法可以容易地实现碳纳米管在复合材料中的均匀分散，而且聚合物一次聚合成型，不需要再次热加工，避免了由此产生的降解。2.3溶胶-凝胶法这种方法早期用来制备还有无机纳米

7、颗粒的纳米聚合物复合材料，该方法有几种情况[15]：(1)将前驱物溶解在事先制备好的聚合物溶液中，是前驱物经催化水解形成半互穿网络；（2）将前驱物和单体溶解，让水解和单体聚合同时发生，该法可以使一些完全不溶的聚合物均与嵌入无机网络红；（3）在聚合物或单体中引入能与无机组分形成化学键的基团，增加有机与无机组分之间的相互作用。4溶胶-凝胶法的优点是条件温和，两相分散均匀，能掺杂大量的有机物活无机物，并控制组分的比例；以加工成型，可以制备高纯度和均匀度的复合材料。因为在凝胶干燥的过程中，其溶剂、小分子、谁的挥发可能导致收缩脆裂。迄今为止，这种方法在国内

8、外应用于制备碳纳米管聚合物方面还没有成熟的技术。三、课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标3.1课题的研究