PET中添加MWNT對其性能及結(jié)構(gòu)的影響測定

孫 娜，李 棟，李 磊

（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津300402）

碳納米管在電學(xué)、力學(xué)等方面的優(yōu)良的性能，使其成為了聚合物復(fù)合材料優(yōu)良的改性添加相。添加了碳納米管的聚合物復(fù)合材料，無論在抗靜電（或?qū)щ姡┖土W(xué)性能（抗拉強度、楊氏模量等）上，還是在聚合物的熱學(xué)性能上，都有了較大的提高。近年來，碳納米管/聚合物復(fù)合材料的研究已成為碳納米管研究中的一個新熱點。鄭海麗[1]針對碳納米管和半結(jié)晶性聚合物之間的界面相互作用，論述了兩者之間的界面結(jié)晶問題；徐朝華[2]討論了超支化聚合物改性碳納米管及其制備納米復(fù)合材料的方法，并討論了超支化聚合物/碳納米管復(fù)合材料在流變性能方面的改進。丁建英等[3]將碳納米管作為電子介體修飾于玻碳電極表面，制成了新型的過氧化苯甲酰生物傳感器。本文采用聚合的方法，在PET聚合的中期加入MWNT，使得MWNT在PET基體中分散均勻，制備了MWNT/PET復(fù)合材料，并對其性能進行了測定，提出了MWNT/PET復(fù)合材料的應(yīng)用前景。

1 實驗部分

1.1 原料與測試儀器

多壁碳納米管（MWNT，北京德科科技有限公司，CNT104）；PTA（天津化學(xué)試劑公司）；EG（天津石化）;催化劑（醋酸銻）;去離子水；6-氨基己酸、己二胺均為分析純。

制備的MWNT/PET復(fù)合材料采用電光分析天平（上海天平廠）；數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱（北京通州實驗儀器廠）等設(shè)備對其性能進行測定。

1.2 復(fù)合材料的制備

將50gPTA、少量催化劑、一定量的去離子水加入到排凈空氣的三口瓶中，逐步升溫到進行聚合，在PET聚合過程中期（開始后3h）取樣（此樣品聚合的碳納米管百分含量為0記為0（wt）%；然后將一定量的MWNT加入到三口瓶中，繼續(xù)反應(yīng)5h后，得到MWNT/PET復(fù)合材料，依次取樣，制得MWNT含量分別為0（wt）%、1（wt）%、2（wt）%、5（wt）%、8（wt）%的復(fù)合材料樣品。整個聚合過程中一直通N2防止氧化。

2 結(jié)果與討論

2.1 MWNT在復(fù)合材料中的分散

圖1為復(fù)合材料（MWNT含量為5（wt）%切片的掃描電子顯微鏡照片。

圖1 MWNT/PET復(fù)合材料的SEM照片（MWNT含量5%）Fig.1 SEM of MWNT/PET composite（5%ofMWNT）

從圖1中可看到，MWNT在基體PET中分散得很好，基本沒有團聚現(xiàn)象。圖中的白點是因為少量MWNT被一層PET基體緊密包裹，與復(fù)合材料緊密結(jié)合在一起。

2.2 MWNT對PET特性粘數(shù)的影響（圖2）

圖2 MWNT含量對PET特性粘數(shù)的影響Fig.2 Effects ofMWNT contenton the Intrinsic viscosity

從圖2中可以看，出隨MWNT添加量的增加得到的PET的特性粘數(shù)逐漸降低，這是由于加入MWNT后與與PET基體的產(chǎn)生物理吸附，導(dǎo)致分子運動摩擦增大，使PET基體表觀黏度上升，特性粘數(shù)下降，添加量越多，作用力越明顯，特性粘數(shù)更低。

2.3 復(fù)合材料切片的DSC測試結(jié)果分析

相同降溫速率下，測試了不同MWNT含量的復(fù)合材料DSC曲線，結(jié)果見圖3。

圖3 相同的降溫速率下不同MWNT含量樣品的DSC測試曲線Fig.3 DSC curves of differentMWNT contentunder the same cooling rate

由圖3的數(shù)據(jù)可以看出，MWNT的加入使PET的結(jié)晶溫度提高，這是由于MWNT作為成核劑，提供了所需結(jié)晶的晶核，復(fù)合材料結(jié)晶時所需過冷度較小，因此結(jié)晶溫度升高，并且隨MWNT添加量增加切片的熱結(jié)晶峰溫逐漸降低，這是由于少量添加的MWNT呈納米級分散，有效地吸附在PET基體分子鏈上而導(dǎo)致的。

圖4是在20℃·min-1的降溫速率下，復(fù)合材料中MWNT含量對結(jié)晶速率的影響。

圖4 MWNT含量對Tonset-Tp的影響Fig.4 MWNT contenton the impactof Tonset-Tp

由圖4可以看出，在低含量時（1（wt）%~2（wt）%）復(fù)合材料的Tonset-Tp數(shù)值均比均低于純PET，而在含量為5（wt）%時較純PET高。這是由于MWNT含量低時呈納米級分散，被PET基體良好的包裹能起到異相成核的作用。當(dāng)MWNT含量為5（wt）%時，雖然MWNT含量增加但是能起到有效成核數(shù)量的MWNT并未明顯增多，過多添加的MWNT只能對PET調(diào)節(jié)排入晶格起很大的阻礙作用，造成PET結(jié)晶速率只能降低。

3 結(jié)論

（1）MWNT/PET復(fù)合材料的SEM照片顯示，MWNT能均勻的分散在PET基體中，分散效果較為理想。

（2）樣品差示掃描量熱儀（DSC）升溫測試表明，在MWNT含量為1~5（wt）%范圍內(nèi)，復(fù)合材料的結(jié)晶峰溫隨MWNT含量的增加而降低，但在低含量（1（wt）%~2（wt）%）時均高于PET，而在高含量（5（wt）%）時較PET低。

（3）MWNT含量對PET基體間結(jié)晶有明顯作用，過多添加的MWNT只能對PET調(diào)節(jié)排入晶格起很大的阻礙作用，造成PET結(jié)晶速率只能降低。

［1］ 鄭海麗，劉忠柱，李朝陽.半結(jié)晶性聚合物/碳納米管復(fù)合材料結(jié)晶行為的研究［J］.上海塑料,2013，6（12-13）.

［2］ 賈志杰,王正元,徐才錄.超支化聚合物/碳納米管復(fù)合物的制備及流變性能研究進展［J］.化工新型材料,2013，（4）：22-26.

［3］ 丁建英，潘歡歡，張根華.碳納米管修飾的過氧化苯甲酰生物傳感器的研制［J］.食品科學(xué)，2012,32（2）：20-22.

［4］ 李宏偉，高緒珊，童儼.含碳納米管的新型抗靜電纖維的制備和性能［J］.材料研究學(xué)報，2003,17（4）：444-448.

［5］EmilGiza,Hiroshi Ito,Takeshi Kikutaniand Norimasa Okui.Fiber Structure Formation in High-Speed Melt Spinning of Polyamide 6/Clay Hybrid Nanocomposite［J］.J.Macromol.Sci-Phys.,2000,B39（4）：545-559.

［6］Jacob C.Kearns,Robert L.Shambaugh.Polypropylene fibers reinforced with carbon nanotubes［J］.J.Appl.Polym.Sci.,2002，86：2079-2084.