PET中添加MWNT对其性能及结构的影响测定

孙 娜，李 栋，李 磊

（天津渤海职业技术学院，天津300402）

碳纳米管在电学、力学等方面的优良的性能，使其成为了聚合物复合材料优良的改性添加相。添加了碳纳米管的聚合物复合材料，无论在抗静电（或导电）和力学性能（抗拉强度、杨氏模量等）上，还是在聚合物的热学性能上，都有了较大的提高。近年来，碳纳米管/聚合物复合材料的研究已成为碳纳米管研究中的一个新热点。郑海丽[1]针对碳纳米管和半结晶性聚合物之间的界面相互作用，论述了两者之间的界面结晶问题；徐朝华[2]讨论了超支化聚合物改性碳纳米管及其制备纳米复合材料的方法，并讨论了超支化聚合物/碳纳米管复合材料在流变性能方面的改进。丁建英等[3]将碳纳米管作为电子介体修饰于玻碳电极表面，制成了新型的过氧化苯甲酰生物传感器。本文采用聚合的方法，在PET聚合的中期加入MWNT，使得MWNT在PET基体中分散均匀，制备了MWNT/PET复合材料，并对其性能进行了测定，提出了MWNT/PET复合材料的应用前景。

1 实验部分

1.1 原料与测试仪器

多壁碳纳米管（MWNT，北京德科科技有限公司，CNT104）；PTA（天津化学试剂公司）；EG（天津石化）;催化剂（醋酸锑）;去离子水；6-氨基己酸、己二胺均为分析纯。

制备的MWNT/PET复合材料采用电光分析天平（上海天平厂）；数显电热鼓风干燥箱（北京通州实验仪器厂）等设备对其性能进行测定。

1.2 复合材料的制备

将50gPTA、少量催化剂、一定量的去离子水加入到排净空气的三口瓶中，逐步升温到进行聚合，在PET聚合过程中期（开始后3h）取样（此样品聚合的碳纳米管百分含量为0记为0（wt）%；然后将一定量的MWNT加入到三口瓶中，继续反应5h后，得到MWNT/PET复合材料，依次取样，制得MWNT含量分别为0（wt）%、1（wt）%、2（wt）%、5（wt）%、8（wt）%的复合材料样品。整个聚合过程中一直通N2防止氧化。

2 结果与讨论

2.1 MWNT在复合材料中的分散

图1为复合材料（MWNT含量为5（wt）%切片的扫描电子显微镜照片。

图1 MWNT/PET复合材料的SEM照片（MWNT含量5%）Fig.1 SEM of MWNT/PET composite（5%ofMWNT）

从图1中可看到，MWNT在基体PET中分散得很好，基本没有团聚现象。图中的白点是因为少量MWNT被一层PET基体紧密包裹，与复合材料紧密结合在一起。

2.2 MWNT对PET特性粘数的影响（图2）

图2 MWNT含量对PET特性粘数的影响Fig.2 Effects ofMWNT contenton the Intrinsic viscosity

从图2中可以看，出随MWNT添加量的增加得到的PET的特性粘数逐渐降低，这是由于加入MWNT后与与PET基体的产生物理吸附，导致分子运动摩擦增大，使PET基体表观黏度上升，特性粘数下降，添加量越多，作用力越明显，特性粘数更低。

2.3 复合材料切片的DSC测试结果分析

相同降温速率下，测试了不同MWNT含量的复合材料DSC曲线，结果见图3。

图3 相同的降温速率下不同MWNT含量样品的DSC测试曲线Fig.3 DSC curves of differentMWNT contentunder the same cooling rate

由图3的数据可以看出，MWNT的加入使PET的结晶温度提高，这是由于MWNT作为成核剂，提供了所需结晶的晶核，复合材料结晶时所需过冷度较小，因此结晶温度升高，并且随MWNT添加量增加切片的热结晶峰温逐渐降低，这是由于少量添加的MWNT呈纳米级分散，有效地吸附在PET基体分子链上而导致的。

图4是在20℃·min-1的降温速率下，复合材料中MWNT含量对结晶速率的影响。

图4 MWNT含量对Tonset-Tp的影响Fig.4 MWNT contenton the impactof Tonset-Tp

由图4可以看出，在低含量时（1（wt）%~2（wt）%）复合材料的Tonset-Tp数值均比均低于纯PET，而在含量为5（wt）%时较纯PET高。这是由于MWNT含量低时呈纳米级分散，被PET基体良好的包裹能起到异相成核的作用。当MWNT含量为5（wt）%时，虽然MWNT含量增加但是能起到有效成核数量的MWNT并未明显增多，过多添加的MWNT只能对PET调节排入晶格起很大的阻碍作用，造成PET结晶速率只能降低。

3 结论

（1）MWNT/PET复合材料的SEM照片显示，MWNT能均匀的分散在PET基体中，分散效果较为理想。

（2）样品差示扫描量热仪（DSC）升温测试表明，在MWNT含量为1~5（wt）%范围内，复合材料的结晶峰温随MWNT含量的增加而降低，但在低含量（1（wt）%~2（wt）%）时均高于PET，而在高含量（5（wt）%）时较PET低。

（3）MWNT含量对PET基体间结晶有明显作用，过多添加的MWNT只能对PET调节排入晶格起很大的阻碍作用，造成PET结晶速率只能降低。

［1］ 郑海丽，刘忠柱，李朝阳.半结晶性聚合物/碳纳米管复合材料结晶行为的研究［J］.上海塑料,2013，6（12-13）.

［2］ 贾志杰,王正元,徐才录.超支化聚合物/碳纳米管复合物的制备及流变性能研究进展［J］.化工新型材料,2013，（4）：22-26.

［3］ 丁建英，潘欢欢，张根华.碳纳米管修饰的过氧化苯甲酰生物传感器的研制［J］.食品科学，2012,32（2）：20-22.

［4］ 李宏伟，高绪珊，童俨.含碳纳米管的新型抗静电纤维的制备和性能［J］.材料研究学报，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.