碳纳米管化学改性及其聚乙烯醇复合材料

摘要

本文通过化学接枝的方法处理碳纳米管并研究其聚乙烯醇复合材料的导电和力学性能，论文主要分为两个部分。
　　 第一部分:利用过氧化苯甲酰和N，N-二甲基苯胺(或N，N-双(2-羟乙基)对甲苯胺)体系经过氧化还原反应引发生成自由基，通过直接自由基加成和原位聚合两种方法接枝改性多壁(MWNTs)和单壁(SWNTs)碳纳米管。通过红外，拉曼光谱等表征证实了碳纳米管表面的共价修饰，小分子自由基直接加成处理的碳纳米管800℃热失重率最高可达8.26％，透射电镜(TEM)显示原位聚合水解苯乙烯-马来酸酐共聚物(HSMA)接枝的碳纳米管表面覆盖有一层聚合物，HSMA接枝碳纳米管在pH=9的水中具有一定的分散稳定性。
　　 第二部分:先通过偶氮二异丁腈引发自由基原位聚合HSMA接枝MWNTs，再在MWNT-HSMA基础上经过酯化反应引入聚乙烯醇(PVA)。通过红外光谱，热失重等证明了HSMA和PVA的成功接枝。得到的两种处理后碳纳米管都能水中具有良好的分散稳定性，其中接枝了PVA的MWNT-HSMA-PVA在二甲基亚砜中也具有良好的分散稳定性。将两种碳纳米管通过溶液浇铸的方法和PVA进行共混制得PVA/碳纳米管薄膜。MWNT-HSMA填充的PVA薄膜在高含量时具有良好的导电性，当含量达到50wt％时，材料体积电阻率降低到0.19Ω/cm。通过拉伸断面的SEM观察发现接枝后的MWNTs在含量较低的情况下PVA基体具有良好的分散性，MWNT-HSMA-PVA虽然没有达到单根分散，但是依然是纳米级的分散。当含量较低时，接枝后MWNTs对PVA基体具有较好的增强效果，所得复合材料的拉伸强度和杨氏模量相比纯PVA都有明显的提高，且MWNT-HSMA-PVA比MWNT-HSMA对PVA基体的增强效果更明显。