多壁碳纳米管对PCL结晶行为的影响.pdf

研究与开发
合成树脂及蛆料,2010,27(6):17
CHINA SYNTHETIC RESIN AND PLASTICS
多壁碳纳米管对PCL结晶行为的影响
华成武1遆永周1孟闯何领好2董明静
(.河南省科学院同位素研究所有限责任公司,河南郑州,450015;2.郑州轻L业学院,河南郑州,45002)
摘要:通过溶液法制备了聚己内階(PCT.)和PCI/多壁碳纳米管( MWCNT)薄膜,研究了不同结温度下
PCL.的结晶形态及 MWCNT对PCL结晶的影响。利用扫描电子显微镜、原予力显儆镜从微观层次研究了球晶环带
形成的机理。结果表明,在20~50℃可通过溶液结吊得到PCL环带球晶,加入MWC.NT使形成环带结构的温度向高
温方向拓宽。
关键词:聚记内酯环带球晶碳纳米管滹膜可降解高分子
中图分类号:0631.13文献标识码:B文章编号:1002-1396(2010)06-0017-04
1991年发现的单根碳纳米管表现出优昇的力1.3试样制备
学、导电、导热性能和极高的长径比及量子效应,
配制PCL及 MWCNT的TYHF分散液,在载玻
是理想的聚合物填充材料,关于碳纳米管/聚合物片上流延成膜。
复合材料的研究主要聚焦于复合材料的机械性
能、耐热性能、导电性以及用聚合物功能化碳纳米2结果与讨论
管到。聚己内酯(PCL)是一种可降解的半结晶性2.1PCL薄膜的环带球晶
脂肪族聚酯,有良好的生物相容性,是相当有潜力
从图1看出:结晶温度为20~40℃时,形成
的医用材料、药物控释材料、环境友好的包装材料的球晶消光环带很清晰;结晶温度为45℃时,仍
及高分子增塑剂。但PCL的低熔点限制了其应可观察到较模糊的环带;结晶温度50℃时,只能
用、人们尝试利用与其他高熔点聚合物共混或填观察到由一条暗环和一条亮环组成的简单环带
充无机物等方法来弥补。关于PCL多壁碳纳米管当温度升至55℃时,试样中的球晶则只是结构
( MWCNT)复合材料结晶行为的研究并不多见。均匀的球晶。结晶温度为40,45℃时,形成的球
本工作探讨了PCL.溶液结品行为和 MWCNT对晶环带锯齿状很明显,而20,35℃的环带相当平
其的影响,同时利用先进的表征手段对环带球晶滑,说明较低的温度更易得到规整的环带结构。进
形成机理进行了探索列。
步观察发现,随着结晶温度降低,环带带宽变
窄,结构更规整清晰。这是因为温度较低时,THF
实验部分
挥发速率同结晶速率及溶质扩散速率相适应,使
1.1原料
晶片扭曲的片品层次结构的因素更从容地发挥作
MWCNT,406074,美国 Sigma- aldrich公司生用,晶片扭曲的整体协调性更好,这样清晰规整的
产;PCL,数均分子量为5.3×10),重均分子量为环带结构就更易形成。这些环帯球品在正交偏光
7.7x10,澳大利亚 Csiro Cmit公司生产;四氢呹下有明确的消光十字和环带,但在自然光下观察
喃(THF),分析纯,天津科密欧化学试剂有限公司时,消光十字和环帯都消失了,具有双折射环带球
晶特征,纯PCL的双折射环带球晶通常是在50℃
1.2仪器
DMIP型偏光显微镜,徳国徕卡光学仪器公
司生产; NanoscopeⅢA型原子力显微镜,美国维
收稿日期:2010-6-23;修回日期:2010-09-01。
作者简介:邓刚,1971年生,研究员,1997年毕业于郑
易科精密仪器有限公司生产;JSM-6700F型扫描
州大学无机化学专业,现从事同位索示踪剂和功能高分子
电子显微镜,日本精工公司生产; Tecnai G220型
材料的研发工作。联系电话:(0371)68871258;ビ-mail
透射电子显微鏡,荷兰FHI公司生产
acav@'g?.oIn
合成树脂及塑料
10年第27卷
图」不同结晶温度下PCL薄膜的偏光勗徽镜照片(×200
Fig. 1 Polarized light microscopic images of the PCL films formed at different crystallization temperatures
以上熔体结晶得到的,很明显溶液结晶的方式打需要进行空间调整来满足更低能量状态的要求,
破了这种温度限制。
从而增加了促使环带形成的积极因素。另外,与纯
2.2 PCL/MWCNT复合薄膜的环带球晶
PCL相比,PCI/ MWCNT薄膜内的球晶尺寸均匀性
文献中对 PCI/MWCNT复合材料的等温结差,这是由于 MWCNT的加人导致结晶成核阶段异
晶、非等温结晶研究较多,但 MWCNT对PCL.球相成核和同相成核同时存在,但同相成核滯后于异
晶环带形貌的影响报道较少。从图2看出,相成核,成核时问导致成熟球品尺寸的差异
MWCNT均匀分散在PCL中,与纯PC薄膜相比
球晶整体形貌没有太大改变,形成清晰环带的温
度趋势基本相同,但PCL/ MWCNT分散液在50℃
时生成的球晶仍然有明显的环带存在(见图3),
说明加人 MWCNT可使PCL.形成环带结构的温
度范围更宽。这是因为片晶沿径向生长过程中,
PCL.分子链折叠入片晶中的同时将 MWCNT作为
杂质排挤出去, MWCNT夹在片晶或片晶束之间,
图2 PCL/MWCNT薄膜的透射电子显微镜照片乂1500
Tig. 2 Transmission electron microscopic image of
造成球晶片或晶片束层次上的结构不均匀,晶片
the PCI/MWCNT film
20℃
b35℃
40C
d45℃
50℃
f55℃
图3PCl/ MWCNT薄膜的偏光品徴饒照片(x2
ig. 3 Polarized light microscopi images of the PCL/MW CNT films formed at different crystallization temperatures