多壁碳纳米管分散剂的制备及分散性能研究

由于碳纳米管(CNTs)自身较大的比表面积及碳管间强的作用力,使其在溶剂中不易分散,因此应用前需要进行分散处理,使其能够满足更多应用的需求。利用在淀粉上接枝丙烯酸(AA)或苯乙烯(St),分别制备了淀粉接枝丙烯酸聚合物(SAa)、苯乙烯聚合物(SSty)、丙烯酸-苯乙烯聚合物(SSA)新型分散剂,并研究在水中对多壁碳纳米管(MWCNTs)的分散性。结果表明:改性淀粉的分子量(Mw)由4.25×105减小到3.92×10^(5)、分子量分布系数(M_(w)/M_(n))由3.01减小到了2.88,分子量分布较窄,聚合物的结构更加稳定;改性淀粉颗粒溶胀崩解,原有形貌发生改变,晶型受到破坏,尺寸变小更有利于分散;此外,对于0.10 g∙L^(−1)的MWCNTs,使用SSA的MWCNTs分散效果最好,SSA分散MWCNTs在20 d时的沉降率为30.6%。通过机理研究发现,SSA利用结构中接枝聚合的苯环与MWCNTs的p―p非共价键吸附在MWCNTs表面,通过静电斥力和空间位阻效应的协同作用对MWCNTs进行分散,因而SSA比SAa和SSty更能有效地降低水中MWCNTs的聚集趋势。

MWCNTs-PVA复合材料的制备及性能研究

聚乙烯醇(PVA)是一种可降解高分子材料,具有生物相容性和亲水性等优良特点,在涂料、纳米纤维、纺织、浆料、粘合剂及复合材料中具有非常广泛的应用。为了改善PVA的力学性能和耐热稳定性,利用淀粉基分散剂处理的具有较大长径比的多壁碳纳米管(MWCNTs)制备了MWCNTs-PVA复合材料,并对其力学性能和热稳定性进行了测试。结果表明:当优化后的MWCNTs的添加量(质量分数)为0.50%时,MWCNTs-PVA复合材料具有较好的拉伸强度,最高可以达到129.2 MPa,与未加MWCNTs的PVA材料相比,其拉伸强度提高了33%、断裂伸长率为276%、热分解温度向更高温方向右移;当MWCNTs添加量为1%时,MWCNTs-PVA复合材料第二阶段的分解温度由288.5℃提高到295.3℃,第三阶段的分解温度由422.1℃提高到427.1℃,表明MWCNTs的加入有助于增强复合材料的热稳定性。因而,使用优化的MWCNTs制备新型复合材料,可以显著提高MWCNTs力学性能和热稳定性。