碳纳米管改性方法对其与聚氨酯的复合材料性能的影响.pdf

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1、研究论文FiberResearch碳纳米管改性方法对其与聚氨酯的复合材料性能的影响王静荣（上海第二工业大学城市建设与环境工程学院，上海201209）摘要：通过强酸回流、强碱球磨方法分别对碳纳米管进行了改性处理，采用溶液共混法制备了聚氨酯/碳纳米管复合材料。探讨了碳纳米管改性方法对复合材料的化学结构、微观形态、力学性能、热稳定性能以及导电性能的影响。结果表明，在聚氨酯基体中添加经化学改性处理的碳纳米管使复合材料的氢键增多，力学性能、热稳定性和导电性能都得到了提高。聚氨酯/强碱球磨处理碳纳米管复合材料中的氢键数目更多，综合性能也更

2、优异，而且碳纳米管在聚氨酯基体中的分散更均匀。关键词：聚氨酯；碳纳米管；复合材料；强酸处理；强碱球磨中图分类号：TQ342文献标识码：A文章编号：1001-7054（2010）10-0016-04聚氨酯材料是一类以多异氰酸酯与多元醇反1实验部分应制得的具有独特加工性能的高聚物，它以优良的性能得到广泛的应用。但由于强度不高，耐热、抗1.1主要原材料静电等性能差，因而限制了其进一步的应用。碳纳多壁碳纳米管（MWCNTs），管径10~20nm，米管是一种新型的纳米材料，具有优异的力学、电管长50μm，纯度95％以上，由中国科学院成都

3、学、热学等性能，与聚合物又具有良好的相容有机化学有限公司提供；1,4-二苯基甲烷二异氰酸[1,2]性，因此，利用碳纳米管制备聚氨酯/碳纳米管酯（MDI），购自烟台万华聚氨酯股份有限公司；复合材料可以将两种材料的性能结合起来，从而可聚四氢呋喃（PTHF），购自巴斯夫化工有限公司；[3,4]使其具有更为广泛的用途。氢氧化钾（KOH）、1,4-丁二醇、N,N－二甲基乙酰但碳纳米管具有极大的比表面积、长径比和胺（DMAc）购自国药集团化学试剂有限公司，均惰性表面，很容易团聚，这种性质不利于其在聚合为分析纯。[5]物中的均匀分散及优异性

4、能的发挥。碳纳米管经1.2碳纳米管的化学改性处理过化学改性处理后在其表面会产生大量活性基团，（1）强酸回流法：将一定量的碳纳米管放入硫[6,7]有利于改善碳纳米管在基体中的分散性。本人酸与硝酸的混合酸（体积比3/1）中，在90℃下回曾经研究了聚氨酯/强酸回流法处理碳纳米管复合流搅拌20min，经稀释、过滤、洗涤、烘干后得到[8]材料的性能，在此又利用强碱球磨方法对碳纳米强酸改性碳纳米管（以下简称Acid-treatedCNTs）。管进行了改性处理，并分析比较了强酸回流、强碱（2）强碱球磨法：将一定量的碳纳米管与球磨法处理碳纳米

5、管对聚氨酯/碳纳米管复合材料KOH按一定比例混合，放入球磨罐中加入适量的性能的不同影响。大中小球进行球磨，球磨转速为250r/min，球磨20h，最后反复用蒸馏水洗涤、离心分离至中性，收稿日期：2010-06-22修回日期：2010-08-04烘干得到强碱球磨改性碳纳米管（以下简称基金项目：上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金（项目编号SYQ306005），上海市重点学科建设项目（项目编号P1701）。Alkali-milledCNTs）。作者简介：王静荣（1976~），女，博士，汉族，副教授，主要从1.3材料的制备事聚合

6、物基复合材料的研究。16合成纤维SFC2010No.10研究论文研究论文FiberResearch制备聚氨酯/碳纳米管复合材料时，我们采用了溶液共混法。首先，利用PTHF、MDI与1,4-丁二醇制备了纯聚氨酯（PU）材料，3种原料的摩尔比为1/3/2。然后，分别将强酸回流和强碱球磨改性处理的碳纳米管通过超声分散法分散于DMAc中，加入PU，溶解，搅拌均匀后，去掉溶剂后得聚氨酯/碳纳米管复合材料（以下分别简称PU/Acid-treatedCNTs和PU/Alkali-milledCNTs），其中CNTs的添加量为复合材料质量的5

7、%。1.4性能测试与表征采用德国布鲁克V70傅里叶变换红外光谱仪对碳纳米管和聚氨酯材料结构进行测定，扫描范围-1为4000~400cm；采用长春科新试验仪器有限公司的WDW3020型万能材料拉伸机对材料的力学性能进行测试；采用德国耐驰公司的STA-449C型示差扫描同步热分析仪对材料的热稳定性能进行测试，升温速率为10℃/min，氮气流速为20mL/min；图1PU和PU/Acid-treatedCNTs、PU/Alkali-milledCNTs复合采用美国吉时利公司的6517A型高阻测试仪对材材料的红外光谱图料的电性能进行测

8、试。2结果与讨论2.1红外光谱测试图1为添加有不同化学改性处理碳纳米管的聚氨酯/碳纳米管复合材料的红外光谱图。从图中可以看出，利用强酸回流处理和强碱球磨处理的碳纳米管制得的复合材料都与纯聚氨酯的红外光谱图相似，说明这两种碳纳米管化学改性方法对复合材料图2PU和PU/Acid-