[发明专利]一种PMMA/CNTs复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种PMMA/CNTs复合材料的制备方法，是将碳纳米管与有机硅化合物、聚羧酸盐、聚氧乙烯醚、丙烯酸树脂等助剂在一定条件下经物理共混法制得表面改性的碳纳米管，与引发剂加入甲基丙烯酸甲酯基体中，分散均匀后，在较低温度条件下静置聚合制得；单体MMA的聚合是经超声波的作用下，在静置状态和较低聚合温度下由碳纳米管（CNTs）和引发剂的共同作用下实现；较低的聚合温度值为15‑80℃。反应条件温和，无需强酸等强氧化剂进行表面化学改性，聚合反应温度低，耗能小，工艺条件简单，操作容易实现。而且反应过程中不会发生自加速和爆聚现象，反应过程平稳温和，所得产物表面光滑平整，碳纳米管分散良好，所得PMMA的玻璃化转变温度提高。

技术领域

本发明属于聚合物基纳米复合材料技术领域，具体涉及一种PMMA/CNTs复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管是一种主要由碳六边形、弯曲处为碳五边形和碳七边形组成的单层或多层纳米级管状材料，由自然界最强的c-c共价键结合而成，因此具有非常高的强度，理论值是钢的100多倍、碳纤维的近20倍，同时还具有根高的韧性、硬度、导热性能和导电性能。

由于碳纳米管具有非常高的强度，且耐强酸、强碱，600℃以下基本不氧化，又具有纳米级尺寸，若与工程材料复合，可起到强化作用。因此关于碳纳米管复合材料的研究成为其应用研究的一个重要领域。将碳纳米管作为复合材料增强体，预计可表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，可以预期碳纳米管增强复合材料可能带来复合材料性能的一次飞跃。由于高分子材料的机械性能，特别是其抗拉强度普遍较低，因而，研究高分子/碳纳米管复合材料，用碳纳米管增强高分子材料，以扩展高分子材料的应用领域，具有很高的研究、推广价值。例如，用原位复合法制备碳纳米管/PMMA，碳纳米管在复合过程中参与PMMA的加成聚合反应，与PMMA形成牢固的结合界面，将PMMA的机械性能大幅度提高。由于碳纳米管具有很高的导电性能.特别是经高温退化处理后消除了碳五边形和碳七边形结构的碳纳米管，在高分子材料中加入少量碳纳米管，可降低其电阻3个数量级以上，使其具有抗静电功能(顾书英，吴琪林.碳纳米管应用研究的现状和未来[J].同济大学学报,2002,30(2)：213-217)。

碳纳米管作为复合材料的增强体能有效地改进聚合物的力学性能、导热性能和电学性能。目前这方面的研究焦点集中在基体的选取、碳纳米管的分散、材料的制备方法等方面。由于碳纳米管的比表面积极大，存在极强的范德华力，使得碳纳米管会发生团聚，不能均匀地分散在复合材料中。这样就会大大降低碳纳米管的增强效果，甚至可能会导致高分子纳米复合材料的性能劣化。因此，如何解决碳纳米管在聚合物基体中的均匀分散问题是获得性能良好的碳纳米管增强聚合物基复合材料的关键。电化学方法用于制备聚合物/碳纳米管复合材料已经显示出一定的优势，相关的研究工作需要进一步拓深。化学修饰法(例如，常见的改善碳纳米管在聚合物基体中分散性的方法是，用强氧化剂如强酸处理碳纳米管，在其表面引入有机极性基团)对提高碳纳米管在聚合物基材中的分散大有裨益，但是，碳纳米管的力学性质及导热性、导电性会不会由此造成损害尚属未知。

聚甲基丙烯酸甲酯又称有机玻璃，具有优良的透明度，有突出的耐老化性能，比重小，密度低，透光率高，广泛用于制造有机玻璃、塑料、粘合剂等领域。但是，由于聚甲基丙烯酸甲酯质脆易开裂，表面硬度低，耐冲击性能差，聚合时容易发生爆聚，聚合温度不易控制，这些问题制约了聚甲基丙烯酸甲酯的发展。

本发明采用物理共混改性的方法用聚丙烯酸酯乳液、聚氧乙烯醚、聚羧酸盐、有机硅氧烷等改性碳纳米管；以过氧化苯甲酰等为引发剂，与碳纳米管共同作用，用原位聚合的方法在较低温度下引发甲基丙烯酸甲酯-碳纳米管物料体系发生聚合反应，得到聚甲基丙烯酸甲酯/碳纳米管的复合材料，聚合反应平稳，无明显的自加速现象，产物表面光滑，碳纳米管分散性良好且提高了材料的玻璃化转变温度。

发明内容