聚氨酯碳纳米管复合材料的制备及其性能研究.pdf

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1、10工程塑料应用2011年，第39卷，第1期聚氨酯／碳纳米管复合材料的制备及其性能研究木王静荣(上海第二工业大学城市建设与环境工程学院，上海201209)摘要通过强碱球磨方法对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行了改性处理，并对其化学结构和微观形态进行了分析。采用溶液共混法制备了聚氨酯(PUR)／MWCNTs复合材料。利用扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱仪对其进行了表征，探讨了MWCNTs对PuR／MWCNTs复合材料力学性能、热稳定性以及电导率的影响。结果表明，MWC—NTs经强碱球磨处理后，其表面引入了羟基活性基团，长度也明显变短；在复合材料中，MWCNTs以较强氢键与大分子进行连接，复合材

2、料的力学性能、热稳定性能和电导率都有明显的提高。关键词聚氨酯碳纳米管复合材料强碱球磨处理多壁碳纳米管(MWCNTs)是一种新型的纳米材聚四氢呋喃(PTHF)：巴斯夫化工有限公司；料，具有独特的力学性能和导电性。MwCNTs的分氢氧化钾(KOH)、1，4-丁二醇和Ⅳ，Ⅳ一二甲基乙子结构与聚合物链结构相似，长径比高达100～酰胺(DMAc)：分析纯，国药集团化学试剂有限公1000，具有极好的柔韧性，与聚合物具有良好的相司。容性。因此，如果能将MWCNTs均匀地添加到聚合1．2主要仪器、设备物基体中，则可以极大地改善聚合物的性能¨J。傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪：V70型，德国聚氨酯(PUR)是

3、一类以多异氰酸酯与多元醇反应布鲁克公司；制得的具有独特加工性能的聚合物，但其强度不高，扫描电子显微镜(SEM)：S一4800型，日本Et立耐热、抗静电等性能差，从而限制了其进一步的应公司；用。PUR／MWCNTs复合材料可将两种材料的性能万能材料拉伸机：WDW3020型，长春科新试验结合起来，从而使其具有更为广泛的用途I4。仪器有限公司；但由于MWCNTs的惰性表面、管与管之间固有差示扫描同步热分析(TG—DSC)仪：STA一的范德华力、极大的比表面积和长径比，会产生非常449C型，德国耐驰公司；严重的团聚J，不利于其在聚合物中的均匀分散及高阻测试仪：6517A型，美国吉时利公司。1．3试样制

4、备其优异性能的发挥。采用强酸氧化方法对MWCNTs(i)MWCNTs的改性处理进行表面功能化，使其表面产生大量含氧官能团，有将一定量的MWCNTs与KOH按一定比例混利于改善MWCNTs在基体中的分散性J。但仍有合，放人球磨罐中，加入适量的大、中、小球进行球很大一部分MWCNTs保持了较长的长度，这些磨。球磨一定时间后，反复用蒸馏水洗涤、离心分离MWCNTs很容易缠绕在一起，尤其在采用溶液共混至中性，烘干得到强碱球磨改性的MWCNTs。法制备复合材料过程中，溶剂的挥发会使MWCNTs(2)PUR／MWCNTs复合材料的制备产生非常严重的团聚，从而使复合材料性能的改善将PrI1HF、MDI与1，

5、4一丁二醇按物质的量之比受到限制。因此，笔者通过强碱球磨的方法对为1：3：2的比例制备PUR。然后，采用溶液共混法MWCNTs进行改性处理，通过溶液共混法制备了将强碱处理的质量分数为5％的MWCNTs通过超声PUR／MWCNTs复合材料，并对其性能进行了分析。分散法分散于DMAc中，然后加入PUR中，搅拌均1实验部分匀后，去掉溶剂得到PUR／MWCNTs复合材料。1．1主要原材料1．4性能测试MWCNTs：管径约为10～20lqm，平均长度约为用FTIR仪分析MWCNTs、PUR及PUR／MWC一50Ixm，纯度95％以上，中国科学院成都有机化学有限公司；上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基

6、金项目1，4一二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)：烟台万华(SYq306005)、上海市重点学科建设项目(P1701)聚氨酯股份有限公司；收稿13期：2010．1l一05王静荣：聚氨酯／碳纳米管复合材料的制备及其性能研究NTs的结构，扫描范围为400—4000cm～，分辨率为4em～，MWCNTs利用KBr压片，PUR和PUR／MWCNTs制成薄膜进行测试；MWCNTs直接用SEM观测，PUR及PUR／MWCNTs试样在液氮下脆断，经喷金后用SEM观察一一断面的断裂形态并拍照；(b)拉伸性能按照GB／T1040—1992测试；a一未处理；b-强碱球磨处理图2MWCNTs强碱球磨处理前后的SEM照片

7、热稳定性能用TG—DSC仪测试，升温速率为的FTIR谱图相似，但在1660～1760cm区域，两10~C／min，温度范围为40—700~C，氮气流速为20者在1730em处吸收峰强度相近，在1700em处mL／min；复合材料的吸收峰强度则比纯PUR的吸收峰强度电性能采用高阻测试仪测试，试样尺寸为60强得多，如图3b所示。据文献[9]，1700cm附近mm×10mm，在室温下将试样放到自制的夹具