層狀材料-碳納米管復(fù)合填料的制備及其在PP與PVA中的應(yīng)用.pdf

1、近幾年，由一維型碳納米管(carbon nanotubes，簡(jiǎn)稱CNT)與二維型層狀材料所構(gòu)建的三維型復(fù)合填料開(kāi)始成為研究的熱點(diǎn)，這種新型復(fù)合填料汲取兩種填料各自的優(yōu)點(diǎn)，在改善CNT的分散性，以及制備力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、阻燃性能與電化學(xué)性能等多功能型材料領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展?jié)摿?。本文選用具有代表性的無(wú)機(jī)層狀材料蒙脫土(montmorillonite，簡(jiǎn)稱MMT)與層狀雙金屬氫氧化物(layered double hydroxides，簡(jiǎn)稱

2、LDH)，研究了MMT-CNT與LDH-CNT復(fù)合物的制備、生長(zhǎng)機(jī)理與其在聚丙烯及聚乙烯醇中的應(yīng)用。
　　 本文采用化學(xué)氣相沉積(chemical vapor deposition，簡(jiǎn)稱CVD)法在負(fù)載鐵的MMT上原位生長(zhǎng)CNT，成功制備出MMT-CNT復(fù)合物。考察了離子交換溫度、前驅(qū)體制備方法及過(guò)渡金屬種類等因素對(duì)離子交換過(guò)程及后期CNT生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，離子交換溫度對(duì)MMT吸附Fe3+的過(guò)程影響顯著。50℃下，MMT對(duì)F

3、e3+的吸附以離子交換吸附為主，100℃下，則以物理吸附為主；隨[Fe3+]/[MMT]比值的增大，MMT對(duì)Fe3+的吸附量在100℃下迅速上升，而在50℃下則無(wú)明顯變化。采用熔融共混方法，制備了MMT-CNT/聚丙烯(PP)復(fù)合材料，MMT-CNT的加入可在一定程度上提高PP的熱穩(wěn)定性、力學(xué)性能與導(dǎo)電性能。但由于MMT在經(jīng)歷了CVD處理后，層間即發(fā)生塌陷，嚴(yán)重限制了MMT-CNT在PP中的分散性，導(dǎo)致其改性效果不甚理想。
　　

4、 為避免CVD法對(duì)層狀材料所造成的破壞，本文采用條件溫和的尿素法制備了微米級(jí)、形貌可控的Co-Al LDH-CNT復(fù)合物，研究了此復(fù)合物的生長(zhǎng)過(guò)程及其影響因素、在不同溶劑中的剝離機(jī)理以及對(duì)PP多種性能的影響。結(jié)果表明，Co-Al LDH-CNT復(fù)合物的生長(zhǎng)過(guò)程存在一個(gè)臨界時(shí)間t*=16h，當(dāng)tt*，LDH的尺寸無(wú)明顯變化，主要是晶體的完善過(guò)程；CNT含量(CCNT)變化對(duì)LDH的產(chǎn)率無(wú)顯

5、著影響，但對(duì)LDH的形貌、晶體完善程度以及LDH-CNT復(fù)合物的形貌影響較大。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，存在一個(gè)臨界濃度C℃NT=0.33mg/ml。當(dāng)CCNT≤C℃NT時(shí)，LDH片層尺寸無(wú)明顯變化，而當(dāng)CCNT>C℃NT時(shí)，其片層尺寸顯著減小。此外，可通過(guò)改變CCNT調(diào)控LDH-CNT復(fù)合物的形貌；在不同溶劑中，DBS分子鏈插層的LDH-CNT(DBS-LC)的剝離程度分別為：水>乙醇>二甲苯>DMF。采用溶液混合法，制備了DBS-LC/PP復(fù)合材料

6、。發(fā)現(xiàn)DBS-LC的加入使PP的熱穩(wěn)定性、阻燃性能、力學(xué)性能及導(dǎo)電性能均顯著提高，且比單一填料及MMT-CN工具有更高的效率。
　　 為制備環(huán)保無(wú)毒的高性能LDH-CNT復(fù)合物，首先分別采用水熱法與尿素法制備了高純度、高結(jié)晶度的納米級(jí)Mg-Al LDH與微米級(jí)Mg-Al LDH，并將其與聚乙烯醇(PVA)共混制備Mg-AlLDH/PVA薄膜。與微米級(jí)Mg-Al LDH相比較，納米級(jí)Mg-Al LDH對(duì)PVA薄膜的力學(xué)強(qiáng)度與耐水性

7、的改善效果更佳，且納米級(jí)Mg-Al LDH/PVA薄膜的透明性與純PVA薄膜相當(dāng)。在此基礎(chǔ)上，采用水熱法制備了形貌可控的納米級(jí)Mg-Al LDH-CNT，并對(duì)其在PVA中的應(yīng)用進(jìn)行了探索。結(jié)果表明，LDH與CNT的比值(δ)存在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)δ*=5，當(dāng)δ<δ*時(shí)，LDH-CNT復(fù)合物的平均粒徑達(dá)到微米級(jí)，在水中穩(wěn)定性差，當(dāng)δ≥δ*時(shí)，LDH-CNT復(fù)合物的平均粒徑隨δ的增大而減小，其在水中的穩(wěn)定性隨δ的增加而提高；采用溶液混合法制備了LD