液晶功能化碳纳米管复合材料的制备与性能研究

发布时间：2020-10-12 23:22

　　 压敏胶粘剂,是一类具有对压力有敏感性的胶粘剂,广泛应用于包装、电绝缘、医疗卫生、粘贴标签和作标记等方面。但由于力学性能和导热性能不足,使其无法满足现代特定用途胶粘剂的要求。通过力学和导热性能优异的碳纳米管对压敏胶进行填充改性是发展方向之一。然而,碳纳米管存在团聚及与聚合物相容性较差等问题,使得其改性聚合物的效果并不理想。液晶具有特殊的各向异性与优异的流动性,能够有效地改善碳纳米管的分散性及其与聚合物的相容性。因此,合成有效改性碳纳米管的液晶,制备成性能优越的液晶功能化碳纳米管复合材料及其用于改性高聚物具有非常重要的意义。本论文以液晶、液晶功能化碳纳米管和液晶/碳纳米管/压敏胶复合材料为主要对象,开展了多种液晶的合成和不同液晶/碳纳米管/复合材料的制备研究,并对其结构与性能进行表征测试与研究。具体内容包括:(1)合成三种具有不同端基的联苯型液晶:4-羟基-4?-烯丙氧基联苯(简称AOBPO)、4,4?-二烯丙氧基联苯(简称DABP)和二对羟基苯甲酸联苯二酯(简称PHBE)。并用红外光谱(FT-IR)和核磁共振谱(1H-NMR)对合成的样品进行表征,确认目标产物,结果表明:成功合成出了三种具有不同分子结构的联苯型热致液晶AOBPO、DABP和PHBE液晶。(2)通过差示扫描量热仪和偏光显微镜探究其液晶性和液晶形貌。实验结果表明:AOBPO液晶为近晶型热致液晶,其液晶区间在160-175℃之间;DABP液晶为近晶型热致液晶,且液晶区间在140-159℃之间;PHBE液晶为近晶型热致液晶,且液晶区间在145-156℃之间。(3)通过施加不同电压大小的外加电场对4-氰基-4′-戊基联苯(5CB)液晶的电光效应进行研究分析,进一步探讨了液晶的各向异性特性及其对碳纳米管的诱导取向影响。实验结果表明:当外加电压为0V时,5CB液晶的原始光强为3.1617%,偏光形貌没有明显变化,此时5CB液晶长棒状分子与入射光源呈现垂直状态;然而,随着外加电压的增大,5CB液晶的光强也增大,偏光形貌发生了改变,这是因为内部分子沿着电场方向发生偏转;当外加电压为20V时,5CB液晶的光强达到24.4148%,偏光形貌呈现出了明显的几何规整结构,这时5CB液晶棒状分子与入射光呈现平行状态。液晶因其优异的各向异性特性,可以为碳纳米管提供一个良好的诱导取向环境。(4)通过上述四种液晶分别对多壁碳纳米管进行功能化修饰,并以红外光谱仪、荧光光谱仪、拉曼光谱仪、X射线衍射仪、同步热分析仪、扫描电子显微镜和偏光显微镜(POM)对四种液晶功能化碳纳米管进行一系列的表征。实验结论为:AOBPO液晶与MWNTs之间分别通过化学键和π-π相互作用结合起来;DABP液晶、PHBE液晶和5CB液晶与MWNTs之间是以π-π相互作用结合起来;四种液晶功能化碳纳米管复合材料中碳纳米管的管状结构都没有发生根本变化,对MWNTs的固有性能没有破坏性影响,这有利于复合材料中发挥MWNTs特有的性能;经过液晶功能化的碳纳米管,因为液晶与碳纳米管之间能以化学键或π-π相互作用结合起来,抑制了碳纳米管的团聚,同时液晶的流动性和各向异性特性能够诱导碳纳米管发生取向,使得碳纳米管在复合材料中分散良好且进行更有序的排列,进而更充分发挥碳纳米管的优异性能。(5)以四种不同的液晶功能化碳纳米管分别对压敏胶进行填充改性,通过电子拉力机、流变仪、导热系数仪和扫描电子显微镜等现代分析手段对材料进行性能测试和表征,研究液晶功能化碳纳米管对压敏胶材料性能的改性效果,并与未经过液晶功能化的碳纳米管进行对比研究。实验结果表明:当MWNTs含量为1wt%时,5CB-MWNT/压敏胶复合材料的拉伸强度达14.5238 MPa,比MWNTs/压敏胶复合材料的提高约943%,比纯压敏胶提高约28倍。当MWNTs含量为2wt%时,DABP-MWNTs/压敏胶复合材料的拉伸强度达14.19 MPa,比MWNTs/压敏胶复合材料提高约641%,比纯压敏胶提高约27倍;当MWNTs含量同时为10wt%时,AOBPO-MWNTs/压敏胶复合材料的导热系数达到0.4768 W/(m·K),DABP-MWNTs/压敏胶复合材料的导热系数达到0.4208 W/(m·K),PHBE-MWNTs/压敏胶复合材料的导热系数达到0.6975 W/(m·K),而5CB-MWNTs/压敏胶复合材料的导热系数达到1.2805 W/(m·k),比MWNTs/压敏胶提高了231%,比纯压敏胶提高约552%;液晶的加入使得压敏胶复合材料的粘度降低,有利于改善碳纳米管在压敏胶中的分散性和相容性,使得压敏胶复合材料在各方面的性能都得到了显著提升。
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TB332;TQ436.3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 液晶
        1.2.1 液晶介绍
        1.2.2 液晶应用
    1.3 碳纳米管
        1.3.1 碳纳米管性质
        1.3.2 碳纳米管功能化
        1.3.3 液晶功能化碳纳米管
    1.4 液晶功能化碳纳米管复合材料
        1.4.1 液晶功能化碳纳米管复合材料的取向行为
        1.4.2 液晶功能化碳纳米管在外电场下的诱导取向
        1.4.3 液晶功能化碳纳米管复合材料应用
    1.5 主要研究内容和创新点
        1.5.1 主要内容
        1.5.2 创新点
第2章 AOBPO液晶功能化碳纳米管复合材料的制备与性能研究
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料与仪器
        2.2.2 化学制备
        2.2.3 测试表征方法
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 MWNTS纯化处理表征
        2.3.2 MWNTS官能团化处理红外光谱分析
        2.3.3 AOBPO液晶的结构与性能表征
        2.3.4 AOBPO-MWNTS复合材料的表征
        2.3.5 AOBPO-MWNTS/PSA复合材料的导热性能测试
    2.4 本章小结
第3章 DABP液晶功能化碳纳米管复合材料的制备与性能研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料与仪器
        3.2.2 化学制备
        3.2.3 测试表征方法
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 DABP液晶的结构与性能表征
        3.3.2 DABP-MWNTS复合材料的表征
        3.3.3 DABP-MWNTS/PSA复合材料的性能测试与表征
    3.4 本章小结
第4章 PHBE液晶功能化碳纳米管复合材料的制备与性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料与仪器
        4.2.2 化学制备
        4.2.3 测试表征方法
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 PHBE液晶的结构与性能表征
        4.3.2 PHBE-MWNTS复合材料的表征
        4.3.3 PHBE-MWNTS/PSA复合材料的导热性能测试
    4.4 本章小结
第5章 5CB液晶功能化碳纳米管复合材料的制备与性能研究
    5.1 引言
    5.2 实验部分
        5.2.1 实验原料与仪器
        5.2.2 化学制备
        5.2.3 测试表征方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 5CB液晶的结构与性能表征
        5.3.2 5CB 液晶在外加电场下光电效应测试
        5.3.3 5CB-MWNTS复合材料的表征
        5.3.4 5CB-MWNTS/PSA复合材料的性能测试与表征
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢

【参考文献】

相关期刊论文 前4条

1 牛小玲;刘卫国;刘鹏;;聚合物分散液晶PMMA-5CB的制备及电光性能[J];功能高分子学报;2011年01期

2 沙拉·托合塔尔汗;郭金宝;魏杰;;碳纳米管/热致液晶复合材料的研究进展[J];信息记录材料;2010年06期

3 胡慧君;王蜀霞;杨云青;牛君杰;饶早英;;碳纳米管光学各向异性的解释[J];材料导报;2007年S3期

4 张云熙;液晶显示的发展概况[J];现代显示;1995年03期

本文编号：2838424