多壁碳納米管/聚氯乙烯復合材料的制備

曹柳男，文海榮

（太原市塑料研究所，山西 太原 030024）

多壁碳納米管/聚氯乙烯復合材料的制備

曹柳男，文海榮

（太原市塑料研究所，山西 太原 030024）

文章闡述了通過溶液混合法制備多壁碳納米管/聚氯乙烯復合材料，并對其性能進行了紅外表征，表明制得的復合材料具有良好的性能。

碳納米管；聚氯乙烯；復合材料

1 碳納米管

在1991年日本NEC公司基礎研究實驗室的電子顯微鏡專家飯島（Iijima）在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗石墨電弧設備中產生的球狀碳分子時，意外發現了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，這就是現在被稱作的“Carbon nanotube”，即碳納米管，又名巴基管。

碳納米管按照石墨烯片的層數分類可分為單壁碳納米管（Single－walled nanotubes, SWNTs）和多壁碳納米管（Multi－walled nanotubes, MWNTs）。多壁管在開始形成的時候，層與層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，因而多壁管的管壁上通常布滿小洞樣的缺陷。與多壁管相比，單壁管是由單層圓柱型石墨層構成，其直徑大小的分布范圍小、缺陷少，具有更高的均勻一致性。

2 聚氯乙烯

聚氯乙烯（PVC）是一種產量較高的通用塑料，具有較高的強度、剛性、良好的電絕緣性、耐化學腐蝕性等，經過適當的改性可用于工業管道、板件、管件、建筑及家用防火材料、化工防腐設備、各種機械零件、人造革、農用薄膜、耐酸堿軟管及電線電纜包覆層等。

3 多壁碳納米管/聚氯乙烯復合材料

自從碳納米管（CNTs）被發現以來，因其獨特的結構和優異的性能而引起了科學界和產業界的廣泛重視，并迅速成為化學、物理學、材料科學、生物工程等諸多領域的研究熱點。碳納米管具有優良的力學和導電性能，且具有與聚合物分子類似的高長徑比結構，可以作為增強劑和導電劑用于制備高性能聚合物復合材料。下面介紹一下多壁碳納米管/ 聚氯乙烯復合材料的制備。

3.1 實驗部分

3.1.1 藥品與試劑

四氫呋喃：分析純，天津市凱通化學試劑有限公司；雙氧水：分析純，天津市天力化學試劑有限公司；濃硝酸：分析純，天津市大茂化學試劑有限公司；無水乙醇：分析純，天津市光厚科技發展有限公司；碳納米管（CNTs）：中科時代納米有限公司；粉末聚氯乙烯：濟南化工有限公司。

3.1.2 試樣制備

（1）進行酸堿氧化體系的選擇。①濃硫酸和濃硝酸體系見表1、圖1；②濃硝酸和雙氧水體系見表2、圖2。

表 1 濃 H2SO4－HNO3體系 t＝4，6，8 h

圖1 濃H2 SO4－HNO3體系改性CNTs的紅外表征

表 2 濃 HNO3－H2O2體系 t＝4，6，8 h

圖2 濃硝酸和雙氧水體系改性CNTs的紅外表征

將上述處理樣品進行紅外光譜表征，如在波數為1 103 cm－1、1 599 cm－1、3 440 cm－1有吸收峰，表示該碳納米管接上了含氧基團。通過幾組樣品的測試，得出結論：濃硫酸和濃硝酸體系中，樣品經50 ℃超聲波處理6 h效果最好（見圖1）；濃硝酸和雙氧水體系中，樣品經110 ℃回流處理2 h效果最好（見圖2）。CNTs被氧化，表面生成了大量含氧官能團。

分別試驗之后，選擇濃HNO3－H2O2體系為CNTs酸處理的酸系統。

（2）碳納米管的酸化。稱取一定量的 CNTs放入 250 m l圓底燒瓶中，量取等量的雙氧水和濃硝酸倒入燒瓶中，在油浴鍋中加熱2 h，靜止冷卻1 h，然后抽濾，再用去離子水洗試樣，直至樣品為中性，然后在烘箱中于 50 ℃干燥徹底，最后得到酸化處理的CNTs。

（3）碳納米管/聚氯乙烯復合材料的制備。將含有聚氯乙烯的四氫呋喃溶液磁力攪拌3 h，使聚氯乙烯完全溶解。將含有一定量酸化處理過碳納米管的四氫呋喃溶液超聲3 h后再將該混合物用超聲波輻照1 h，使碳納米管在超聲波的作用下均勻分散到聚氯乙烯溶液中，再緩慢加入無水乙醇，然后使聚氯乙烯完全析出，使溶劑緩慢揮發，再真空干燥至恒量即可得到碳納米管/聚氯乙烯復合材料。

3.2 結論

用溶液共混法可以簡便地制備多壁碳納米管/聚氯乙烯復合材料。多壁碳納米管/聚氯乙烯復合材料由于添加了電導性能優異的碳納米管，使得絕緣的聚氯乙烯獲得優良的導電性能，根據基體聚合物的不同，通常 3%～5%的加載量即可獲得消除靜點堆積的效果。實驗表明：2%碳納米管的添加量可達到添加15%碳粉及添加8%不銹鋼絲的導電效果。

參考材料

1 陳 利.多壁碳納米管/聚氯乙烯復合材料的制備及性能［J］.高分子材料科學與工程，2009（4）

2 孫豐偉.前景廣闊的納米復臺樹料［J］.華東科技，2001（4）

3 王安之、呂滿庚.碳納米管P高分子復合導電材料的研究進展［J］.高分子通報，2006（05）

Preparation of Multi－walled Carbon Nanotubes/PVC Composite Materials

Cao Liunan，Wen Hairong

Through solution hybrid method, preparation multi－walled carbon nanotubes/PVC composite materials, And its performance characterized by IR, Show that the obtained composite has good performance.

Carbon Nanotubes; PVC; Composite Materials

TB332

A

1000－8136（2010）36－0040－02