碳纳米管复合材料.pdf

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1、第30卷第4期应用化学V01．30Iss．42013年4月CHINESEJ0URNALOFAPPLIEDCHEMISTRYApr．2013熔体自由基反应法制备聚丙烯／碳纳米管复合材料王宇杰万东于海鸥闻新。唐涛(。中国科学院长春应用化学研究所，高分子物理与化学国家重点实验室长春130022；中国科学院大学北京100039)摘要以2，5-二甲基-2，5一双(叔丁基过氧基)己烷(DHBP)在聚丙烯体系中引发形成自由基，以二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)调控自由基反应，通过熔融共混一步法制备了共价接枝的聚丙烯／碳纳米管(PP／CN

2、Ts)复合材料。通过拉曼光谱和透射电子显微镜证明发生了共价接枝反应，并研究了PP／CNTs的结晶性能、热性能与力学性能。结果表明，发生共价接枝的PP／CNTs与未接枝的PP／CNTs及PP相比，其结晶温度分别提高了2．6和12．0℃，热分解温度分别提高了6．4和34．8℃，其拉伸强度和拉伸模量略有提高，冲击强度分别提高了56．7％和58．1％。关键词聚丙烯，碳纳米管，纳米复合材料，自由基接枝中图分类号：O631文献标识码：A文章编号：1000-0518(2013)04-0413-07D0I：10．3724／SP．J．10

3、95．2013．20272聚合物／碳纳米管复合材料是当前的研究热点之一¨。由于碳纳米管(CNTs)本身容易团聚，不易在聚合物中均匀分散，通常利用物理方法或化学接枝方法【4增加CNTs与聚合物间的相容性和界面相互作用，以改善在聚合物中的分散，但这些方法成本较高，或工艺比较复杂。聚丙烯(PP)质轻、无毒、耐酸耐碱和耐有机溶剂等化学药品，具有较高的强度和刚性，是重要的通用高分子材料，经过与CNTs共混复合改性，有望成为工程塑料之一。利用CNTs捕捉原位产生的大分子自由基，制备界面具有共价连接的聚合物／CNTs纳米复合材料，不但

4、简单易行，而且成本较低。Xia等采用磨盘固态机械研磨法通过摩擦生热产生PP大分子自由基与CNTs共价接枝，制备了共价接枝PP／CNTs；Mclntosh等采用氟化CNTs或过氧化二苯甲酰(BPO)诱导产生PP大分子自由基与CNTs共价接枝，通过熔融共混法制备共价接枝PP／CNTs；Farzi等采用四甲基十五烷烃作为PP的模型化合物，利用过氧化二异丙苯(DCP)热诱导产生PP模型化合物自由基与CNTs共价接枝，制备了PP模型化合~／CNTs共价接枝纳米复合材料。然而，不受控制的自由基反应将使PP基体发生严重降解，从而影响P

5、P／CNTs性能。前文。报道了采用熔融共混调控自由基反应接枝方法，制备了高熔体强度PP或自由基反应改善了CNTs的分散性¨J。本文在此基础上，在含有自由基引发剂2，5．二甲基_2，5一双(叔丁基过氧基)己烷(DHBP)的PP体系中加入二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)调控自由基反应过程，制备了界面具有共价连结的PP／CNTs纳米复合材料，优化了制备条件，研究了共价接枝PP／CNTs纳米复合材料的结晶性能、热性能及力学性能。1实验部分1．1试剂和仪器CNTs(深圳纳米港有限公司)，直径10～20nm，纯度>95％。PP粉料(大

6、庆石油化工公司)，质均相对分子质量()为288900，相对分子质量分布M／M=3．45。2，5-二甲基一2，5·双(叔丁基过氧基)己烷(DHBP，美国Aldrich)，纯度>98％。二硫化四甲基秋兰姆(TMTD，濮阳蔚林化工有限公司)。2012~6—19收稿，2012-07-24修回国家自然基金资助项目(50873099)通讯联系人：唐涛，研究员；Te~Fax：043145262827；E—mail：ttang@eiac．j1．en；研究方向：可控聚合与纳米复合416应用化学第30卷×10(1)式中，△日为复合材料熔融热

7、(J／g)(需要根据PP在复合材料中的比例进行归一化处理)，△为100％结晶PP的熔融热，此处取165J／g[1。从表1可以看出，由于CNTs对PP结晶有成核作用口’-19]，使PP／CNTs复合材料的明显增加，增加幅度均超过l0oC；样品0．5C0．04M0．02D比0．5C提高2．6c【=是由于CNTs发生共价接枝后在PP中的分散更为均匀，起到的成核作用更为明显；而0．5C0．02D虽然发生共价接枝但由于PP降解导致其略低于0．5C。Tm的变化不很明显，与文献报道类似。加入CNTs，同样使增加，但共价接枝PP／CNT

8、s样品与直接添加PP／CNTs样品间的差异不大。表1PP及PP／CNTs的熔融温度()、结晶温度()及结晶度()Table1Meltingtemperature(Tm)，crystallizationtemperature(To)anddegreeofcrystallization(Xo)ofPPandPP／CNTs