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聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种广泛应用于生产生活各领域的重要材料,但在使用过程中容易积累静电荷而造成极大的隐患,限制了其更广的应用。将电学性能优异且长径比较高的碳纳米管(CNTs)与PET复合,可以改善PET的电性能,但CNTs极易盘绕团聚且呈非极性,在极性的PET基体中难以均匀分散,与PET的界面结合也较弱,因此如何对CNTs进行表面改性、制得分散均匀且界面结合良好的PET/CNTs抗静电/导电复合材料,成为当前急需解决的一个重要课题。
本文提出了三种新颖的多壁碳纳米管(MWCNTs)改性方法,并制备了相应的PET/MWCNTs复合材料,测试分析了改性MWCNTs及其PET复合材料的一系列相关物性,并比较它们之间的优劣。主要研究结果如下:
1.采用干式球磨法对MWCNTs进行改性,并用原位聚合法制成PET/MWCNTs复合材料。测试结果表明,采用干式球磨45分钟制得的球磨MWCNTs(45-BM-MWCNTs),其长度稳定在1μm,石墨化程度升高,团聚程度降低,形貌结构保持较好,电导率为7.50S/cm,且在乙二醇(EG)、PET基体中均取得良好的分散性。当45-BM-MWCNTs添加含量为0.5wt%时,PET/45-BM-MWCNTs复合材料出现电学逾渗现象;为1.2wt%时,PET/45-BM-MWCNTs复合材料达到抗静电水平。PET/45-BM-MWCNTs复合材料的热稳定性、残余质量均比纯PET高,且45-BM-MWCNTs与PET基体之间有较强的界面结合。
2.采用EG接枝法对MWCNTs进行改性,并用溶液混合法制成PET/MWCNTs复合材料。测试结果表明,采用碳二亚胺活化偶联酯化路径制得的EG接枝MWCNTs(EG-g-MWCNTs),其外壁修饰有与EG、PET的结构都高度相似的2-羟乙氧基甲酰基官能团,团聚程度降低,形貌结构保持较好,电导率为4.28S/cm,且在EG、PET基体中均取得良好的分散性。当EG-g-MWCNTs添加含量为0.1wt%时,PET/EG-g-MWCNTs复合材料达到抗静电水平、且出现电学逾渗现象;为3.0wt%时,PET/EG-g-MWCNTs复合材料达到导电水平。PET/EG-g-MWCNTs复合材料的热稳定性、残余质量均比纯PET高,且EG-g-MWCNTs与PET基体之间有较强的界面结合。
3.采用聚苯胺(PANI)原位包覆法对MWCNTs进行改性,并用熔融混合法制成PET/MWCNTs复合材料。测试结果表明,通过细乳液聚合方式制得的PANI包覆MWCNTs(PANI-c-MWCNTs),其外壁覆盖有厚约3nm且与MWCNTs有强烈相互作用的PANI薄膜,团聚程度降低,形貌结构零损伤,电导率为11.03S/cm,且在EG、PET基体中均取得良好的分散性。当PANI-c-MWCNTs添加含量为1.0wt%时,PET/PANI-c-MWCNTs复合材料出现电学逾渗现象且达到抗静电水平;为5.0wt%时,PET/PANI-c-MWCNTs复合材料达到导电水平。PET/PANI-c-MWCNTs复合材料的热稳定性、残余质量均比纯PET高,且PANI-c-MWCNTs与PET基体之间有较强的界面结合。
4.对比以上三种CNTs改性方法得出结论:干式球磨法在操作步骤方面最为简便;EG接枝法在提高CNTs的分散性与相容性方面最为有效;聚苯胺原位包覆法在保持CNTs的形貌结构与电导率方面最为有效。对比以上三种PET复合材料制备方法得出结论:原位聚合法在提高CNTs与PET基体的界面结合方面最为有效;溶液混合法在提高PET复合材料的电导率方面最为有效;熔融共混法在PET复合材料的大量制备方面最为便捷。