碳纳米管_PVC复合材料的制备及表征.pdf

第24卷第1期高分子材料科学与工程Vol.24,No.1
2008年1月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGJan.2008

碳纳米管/PVC复合材料的制备及表征

王平华,王贺宜,唐龙祥,张斌,程文超,梁永标
(合肥工业大学化工学院高分子材料科学与工程系,安徽合肥230009)

摘要:采用RAFT活性聚合方法在碳纳米管表面接枝上聚合物链。然后与PVC通过熔融共混方法复合
制备了碳纳米管/PVC纳米复合材料。对复合材料的结构与拉伸强度进行了表征研究,表明接枝聚合物
链的碳纳米管显著提高了PVC的拉伸强度。

关键词:碳纳米管;RAFT;PVC;力学性能
中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:100027555(2008)0120036203

自从1991年Lijma[1]发现了碳纳米管以面接枝聚合物处理)对复合材料的结构与力学
来,科学家们一直在探索和研究碳纳米管在各性能的影响。
方面的应用[2～4]。碳纳米管是由单层或多层
石墨片卷曲而成的无缝纳米管状壳层结构,根1实验部分
据管壁的层数可以分为单壁碳纳米管和多壁碳1.1实验原料
纳米管。其直径分布在零点几纳米至几十纳米苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、四氢呋喃、三氯
之间,长度一般为几十纳米至微米级。碳纳米甲烷、乙二醇:使用前预先经过纯化处理;其它
管具有优异的力学性能、电学特性[5]以及热性试剂均使用分析级;PVC(SG25):安徽氯碱化
能[6]。据报道,碳纳米管的断裂强度高达200工厂产品。
GPa,弹性模量约为1TPa[7]。因此成为聚合物1.2碳纳米管的有机化及PVC/碳纳米管复
的理想增强材料。但由于碳纳米管与聚合物基合材料的制备
体的相容性差,碳纳米管容易团聚,使得碳纳米1.2.1碳纳米管表面接枝聚合物:将60%的
管性能的充分发挥受到了限制。碳纳米管表面浓硝酸和MWNT加入到烧瓶中,超声分散30
的有机化是目前一种比较有效地提高碳纳米管min后在60℃回流24h。反应结束后用蒸馏
与聚合物基体相容性的方法。本实验室首次利水反复洗涤,真空干燥得MWNT2COOH;将上

用RAFT活性聚合方法在碳纳米管表面接枝步产物和过量的SOCl2在80℃下反应36h,无
上聚合物链[8],为碳纳米管的有机化提供了新水四氢呋喃洗涤数次后真空干燥得MWNT2
的途径。COCl;再将MWNT2COCl和过量的异溴丁酸乙
本文通过一系列反应在碳纳米管表面接上二醇单酯在120℃反应48h。以无水四氢呋喃
可进行RAFT聚合的二硫代酯结构,然后加入洗涤数次,真空干燥得MWNT2Br;氮气保护下
MMA单体以及St单体在碳纳米管表面生成将PhC(S)SMgBr(按文献[9]制备)和MWNT2
共聚物链。并将接枝后的碳纳米管与PVC制Br在60℃充分反应,以1.0mol/L的HCl终
得碳纳米管/PVC复合材料。探讨了两种不同止反应后用无水乙醚洗涤,真空干燥得
的碳纳米管处理方法(即简单的酸化处理和表MWNT2SC(S)Ph。

收稿日期:2006208214;修订日期:2007201208
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50573016)
联系人:王平华,主要从事聚合物涂料及胶粘剂,高分子分子设计及合成,塑料复合改性及纳米复合材料研究,E2mail:ph2
[e-mail]
第1期王平华等:碳纳米管/PVC复合材料的制备及表征37

将MWNT2SC(S)Ph、苯乙烯及甲基丙烯扫描电镜观察:取拉伸样条的断裂表面,喷
酸甲酯置于聚合管中,用循环水泵抽去其中空金处理后在HITACHI650型扫描电镜上进行。
气封管后加热聚合。反应完成后破管,三氯甲
结果与讨论
烷溶解产物,过滤得碳纳米管接枝聚合物产物。2
碳纳米管有机化的表征
1.2.2PVC/碳纳米管复合材料的制备:将2.1
()是纯碳纳米管的照片图中
PVC和碳纳米管于160℃在双辊塑炼机上共Fig.1aTEM,
碳纳米管缠绕在一起分散性较差。()
混10min左右取下,叠成片状。在平板硫化机,Fig.1b
是酸化后的碳纳米管的照片。()
中模压成型,然后制成标准样条。TEMFig.1c
是表面接枝有聚合物链的碳纳米管的照
1.3测试与表征TEM
片图中碳纳米管表面覆盖有一层薄的聚合物。
红外光谱分析:KBr研磨压片制样,用美国,
是碳纳米管的红外光谱图
Nicolet公司的MAGNA2IR750型傅立叶变换Fig.2,Fig.2
红外扫描仪对试样进行红外分析。(a)是MWNT2COOH的红外光谱图,在1730
-1有个明显的峰为酸化后碳纳米管上的
透射电镜测试(TEM):采用日本日立公司cm,C
峰。()是()的
Hitachi2800ELECTRONMICROS