壓敏膠粘劑,是一類具有對壓力有敏感性的膠粘劑,廣泛應用于包裝、電絕緣、醫(yī)療衛(wèi)生、粘貼標簽和作標記等方面。但由于力學性能和導熱性能不足,使其無法滿足現代特定用途膠粘劑的要求。通過力學和導熱性能優(yōu)異的碳納米管對壓敏膠進行填充改性是發(fā)展方向之一。然而,碳納米管存在團聚及與聚合物相容性較差等問題,使得其改性聚合物的效果并不理想。液晶具有特殊的各向異性與優(yōu)異的流動性,能夠有效地改善碳納米管的分散性及其與聚合物的相容性。因此,合成有效改性碳納米管的液晶,制備成性能優(yōu)越的液晶功能化碳納米管復合材料及其用于改性高聚物具有非常重要的意義。本論文以液晶、液晶功能化碳納米管和液晶/碳納米管/壓敏膠復合材料為主要對象,開展了多種液晶的合成和不同液晶/碳納米管/復合材料的制備研究,并對其結構與性能進行表征測試與研究。具體內容包括:(1)合成三種具有不同端基的聯苯型液晶:4-羥基-4?-烯丙氧基聯苯(簡稱AOBPO)、4,4?-二烯丙氧基聯苯(簡稱DABP)和二對羥基苯甲酸聯苯二酯(簡稱PHBE)。并用紅外光譜(FT-IR)和核磁共振譜(1H-NMR)對合成的樣品進行表征,確認目標產物,結果表明:成功合成出了三種具有不同分子結構的聯苯型熱致液晶AOBPO、DABP和PHBE液晶。(2)通過差示掃描量熱儀和偏光顯微鏡探究其液晶性和液晶形貌。實驗結果表明:AOBPO液晶為近晶型熱致液晶,其液晶區(qū)間在160-175℃之間;DABP液晶為近晶型熱致液晶,且液晶區(qū)間在140-159℃之間;PHBE液晶為近晶型熱致液晶,且液晶區(qū)間在145-156℃之間。(3)通過施加不同電壓大小的外加電場對4-氰基-4′-戊基聯苯(5CB)液晶的電光效應進行研究分析,進一步探討了液晶的各向異性特性及其對碳納米管的誘導取向影響。實驗結果表明:當外加電壓為0V時,5CB液晶的原始光強為3.1617%,偏光形貌沒有明顯變化,此時5CB液晶長棒狀分子與入射光源呈現垂直狀態(tài);然而,隨著外加電壓的增大,5CB液晶的光強也增大,偏光形貌發(fā)生了改變,這是因為內部分子沿著電場方向發(fā)生偏轉;當外加電壓為20V時,5CB液晶的光強達到24.4148%,偏光形貌呈現出了明顯的幾何規(guī)整結構,這時5CB液晶棒狀分子與入射光呈現平行狀態(tài)。液晶因其優(yōu)異的各向異性特性,可以為碳納米管提供一個良好的誘導取向環(huán)境。(4)通過上述四種液晶分別對多壁碳納米管進行功能化修飾,并以紅外光譜儀、熒光光譜儀、拉曼光譜儀、X射線衍射儀、同步熱分析儀、掃描電子顯微鏡和偏光顯微鏡(POM)對四種液晶功能化碳納米管進行一系列的表征。實驗結論為:AOBPO液晶與MWNTs之間分別通過化學鍵和π-π相互作用結合起來;DABP液晶、PHBE液晶和5CB液晶與MWNTs之間是以π-π相互作用結合起來;四種液晶功能化碳納米管復合材料中碳納米管的管狀結構都沒有發(fā)生根本變化,對MWNTs的固有性能沒有破壞性影響,這有利于復合材料中發(fā)揮MWNTs特有的性能;經過液晶功能化的碳納米管,因為液晶與碳納米管之間能以化學鍵或π-π相互作用結合起來,抑制了碳納米管的團聚,同時液晶的流動性和各向異性特性能夠誘導碳納米管發(fā)生取向,使得碳納米管在復合材料中分散良好且進行更有序的排列,進而更充分發(fā)揮碳納米管的優(yōu)異性能。(5)以四種不同的液晶功能化碳納米管分別對壓敏膠進行填充改性,通過電子拉力機、流變儀、導熱系數儀和掃描電子顯微鏡等現代分析手段對材料進行性能測試和表征,研究液晶功能化碳納米管對壓敏膠材料性能的改性效果,并與未經過液晶功能化的碳納米管進行對比研究。實驗結果表明:當MWNTs含量為1wt%時,5CB-MWNT/壓敏膠復合材料的拉伸強度達14.5238 MPa,比MWNTs/壓敏膠復合材料的提高約943%,比純壓敏膠提高約28倍。當MWNTs含量為2wt%時,DABP-MWNTs/壓敏膠復合材料的拉伸強度達14.19 MPa,比MWNTs/壓敏膠復合材料提高約641%,比純壓敏膠提高約27倍;當MWNTs含量同時為10wt%時,AOBPO-MWNTs/壓敏膠復合材料的導熱系數達到0.4768 W/(m·K),DABP-MWNTs/壓敏膠復合材料的導熱系數達到0.4208 W/(m·K),PHBE-MWNTs/壓敏膠復合材料的導熱系數達到0.6975 W/(m·K),而5CB-MWNTs/壓敏膠復合材料的導熱系數達到1.2805 W/(m·k),比MWNTs/壓敏膠提高了231%,比純壓敏膠提高約552%;液晶的加入使得壓敏膠復合材料的粘度降低,有利于改善碳納米管在壓敏膠中的分散性和相容性,使得壓敏膠復合材料在各方面的性能都得到了顯著提升。
【學位單位】：深圳大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TB332;TQ436.3
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 液晶
        1.2.1 液晶介紹
        1.2.2 液晶應用
    1.3 碳納米管
        1.3.1 碳納米管性質
        1.3.2 碳納米管功能化
        1.3.3 液晶功能化碳納米管
    1.4 液晶功能化碳納米管復合材料
        1.4.1 液晶功能化碳納米管復合材料的取向行為
        1.4.2 液晶功能化碳納米管在外電場下的誘導取向
        1.4.3 液晶功能化碳納米管復合材料應用
    1.5 主要研究內容和創(chuàng)新點
        1.5.1 主要內容
        1.5.2 創(chuàng)新點
第2章 AOBPO液晶功能化碳納米管復合材料的制備與性能研究
    2.1 引言
    2.2 實驗部分
        2.2.1 實驗原料與儀器
        2.2.2 化學制備
        2.2.3 測試表征方法
    2.3 結果與討論
        2.3.1 MWNTS純化處理表征
        2.3.2 MWNTS官能團化處理紅外光譜分析
        2.3.3 AOBPO液晶的結構與性能表征
        2.3.4 AOBPO-MWNTS復合材料的表征
        2.3.5 AOBPO-MWNTS/PSA復合材料的導熱性能測試
    2.4 本章小結
第3章 DABP液晶功能化碳納米管復合材料的制備與性能研究
    3.1 引言
    3.2 實驗部分
        3.2.1 實驗原料與儀器
        3.2.2 化學制備
        3.2.3 測試表征方法
    3.3 結果與討論
        3.3.1 DABP液晶的結構與性能表征
        3.3.2 DABP-MWNTS復合材料的表征
        3.3.3 DABP-MWNTS/PSA復合材料的性能測試與表征
    3.4 本章小結
第4章 PHBE液晶功能化碳納米管復合材料的制備與性能研究
    4.1 引言
    4.2 實驗部分
        4.2.1 實驗原料與儀器
        4.2.2 化學制備
        4.2.3 測試表征方法
    4.3 結果與討論
        4.3.1 PHBE液晶的結構與性能表征
        4.3.2 PHBE-MWNTS復合材料的表征
        4.3.3 PHBE-MWNTS/PSA復合材料的導熱性能測試
    4.4 本章小結
第5章 5CB液晶功能化碳納米管復合材料的制備與性能研究
    5.1 引言
    5.2 實驗部分
        5.2.1 實驗原料與儀器
        5.2.2 化學制備
        5.2.3 測試表征方法
    5.3 結果與討論
        5.3.1 5CB液晶的結構與性能表征
        5.3.2 5CB 液晶在外加電場下光電效應測試
        5.3.3 5CB-MWNTS復合材料的表征
        5.3.4 5CB-MWNTS/PSA復合材料的性能測試與表征
    5.4 本章小結
第6章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 展望
參考文獻
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2838424