碳納米管-聚乳酸復(fù)合材料的制備及結(jié)構(gòu)和性能.pdf

1、本文采用混酸處理、表面活性劑修飾和表面接枝三種方法對(duì)碳納米管進(jìn)行表面修飾，以純態(tài)碳納米管和經(jīng)不同表面修飾的碳納米管為增強(qiáng)體，利用溶劑蒸發(fā)法制備碳納米管/聚乳酸復(fù)合材料，采用紅外吸收光譜、拉曼光譜、X射線衍射儀、偏光顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、熱重分析儀、差示掃描量熱分析儀及拉伸試驗(yàn)研究了經(jīng)不同方法修飾的碳納米管表面形貌和結(jié)構(gòu)以及復(fù)合材料的鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、熱性能和降解行為，揭示了碳納米管表面修飾對(duì)其聚乳酸基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能

2、的影響規(guī)律和機(jī)制。
　　研究發(fā)現(xiàn)，修飾方法對(duì)碳納米管的表面形貌和結(jié)構(gòu)有顯著影響。經(jīng)混酸(硝酸、硝酸/硫酸、硝酸/雙氧水和王水)處理后，碳納米管表面形成羧基官能團(tuán)并受到一定的損傷，其中經(jīng)硝酸/雙氧水混酸處理的碳納米管表面損傷較小，可在去離子水中長(zhǎng)時(shí)間分散而不沉降；采用共混法，通過π-π非共價(jià)鍵的作用，在碳納米管表面形成均勻的十二烷基苯磺酸鈉包覆層，該方法形成的復(fù)合物可在三氯甲烷中形成穩(wěn)定的分散液。利用原位開環(huán)聚合法在 Fe3O4涂覆

3、的碳納米管(磁性碳納米管)表面形成分布均勻、結(jié)合牢固和接枝率可控的聚乳酸包覆層，其接枝機(jī)理為引發(fā)劑在磁性碳納米管表面形成醇錫化合物，該化合物親核攻擊丙交酯，形成“引發(fā)劑-配體”中間產(chǎn)物，該中間產(chǎn)物重復(fù)攻擊丙交酯實(shí)現(xiàn)鏈增長(zhǎng)；具有超順磁性的聚乳酸接枝磁性碳納米管不但可均勻分散在三氯甲烷溶劑中，而且在外加磁場(chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)定向排列。
　　碳納米管/聚乳酸復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研究表明，純態(tài)碳納米管和經(jīng)表面修飾后碳納米管的加入對(duì)聚乳酸鏈結(jié)構(gòu)的規(guī)整性構(gòu)型

4、和結(jié)晶相的晶體結(jié)構(gòu)無明顯影響，但對(duì)聚乳酸中結(jié)晶相的晶體形態(tài)和光學(xué)性質(zhì)影響較大，其中純態(tài)碳納米管、羧基化碳納米管和聚乳酸接枝磁性碳納米管導(dǎo)致球晶尺寸變小，光學(xué)性質(zhì)由純態(tài)聚乳酸時(shí)的負(fù)光性變?yōu)榛旌瞎庑?，十二烷基苯磺酸鈉修飾碳納米管抑制了球晶的形成。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明，純態(tài)碳納米管和經(jīng)混酸處理的碳納米管在聚乳酸中分散性差，界面結(jié)合較弱，沒有起到增強(qiáng)體的作用；十二烷基苯磺酸鈉的包覆和聚乳酸的接枝改善了碳納米管在聚乳酸中的分散性，碳納米管與聚

5、乳酸基體形成較強(qiáng)的界面結(jié)合，提高了強(qiáng)度，其中聚乳酸接枝磁性碳納米管/聚乳酸復(fù)合材料的強(qiáng)度提高尤為明顯，當(dāng)聚乳酸接枝磁性碳納米管含量為3wt％時(shí)，斷裂強(qiáng)度增幅可達(dá)67%。
　　降解試驗(yàn)結(jié)果表明，碳納米管表面修飾對(duì)其聚乳酸基復(fù)合材料的降解行為有顯著影響，在模擬體液中降解56天后，按照質(zhì)量損失率由大到小的順序，依次為純態(tài)碳納米管/聚乳酸復(fù)合材料、羧基化碳納米管/聚乳酸復(fù)合材料、十二烷基苯磺酸鈉修飾碳納米管/聚乳酸復(fù)合材料、聚乳酸接枝磁性