海藻酸钠对碳纳米管的分散机理及碳纳米管纤维的液晶纺丝成型

本申请项目拟通过对不同结构的多糖物质及其构象结构的变化与碳纳米管（CNTs）分散性之间关系的深入研究，阐述CNTs在多糖物质海藻酸钠(SA)水溶液中的分散机理，得到高含量独立分散的CNTs溶液；进而制备稳定的CNTs液晶纺丝原液，确定溶液液晶相的相图；研究体系的流变特性， 指导液晶纺丝条件；通过液晶纺丝制备具有一定力学强度的高含量CNTs纤维，研究成型条件及纤维性能的关系，建立纤维结构与纺丝条件、纤维性能的关系。在此基础之上，将初步探索高含量CNTs纤维进行高温处理后，CNTs的排列和形态，以期得到纯CNTs纤维。项目的开展,有助于探明多糖类物质分散CNTs的物理本质，有助于制备高浓度分散的CNTs溶液，有助于为高性能CNTs材料的设计制备提供新的方法和理论依据。

由于碳纳米管(CNTs)具有独特的结构及优异的力学、热学、电学等性能， CNTs成为科学界研究的热点。但是由于CNTs大的表面能，使其在聚合物基体中极易发生团聚，难于分散，对其表面进行修饰以提高其溶解性、分散性和加工性能成为当今关注的课题。. 本课题利用海洋生物高分子海藻酸钠（SA）对CNTs进行非共价键修饰，在保持CNTs原有结构的基础上，提高了CNTs在水中的分散性。研究表明， 其分散机理为SA通过对CNTs的”soft-cutting”和”wrapping”来达到CNTs 在溶液中的稳定存在。SA的分子量及溶液的环境等因素对CNTs的分散有很大的影响；采用流变学对SA/CNTs浓溶液的分散进行研究，利用Cole-Cole，Cox-Merz 规则分析表明当CNTs含量(相对于SA而言)低于50%，CNTs在SA 中具有良好的分散。课题还系统地研究了温度以及电解质浓度对SA及SA/CNTs溶液流变行为的影响，研究了高浓度SA/CNTs溶液的流变行为及液晶性，为SA/CNTs复合纤维的制备提供了一定的理论依据。. 通过常规湿法纺丝制备了SA/CNTs复合纤维。研究表明，SA/MWCNTs复合纤维的强度随着MWCNTs的加入一开始呈增强趋势，SA/MWCNTs纤维的强度是纯SA纤维的两倍，而后由于MWCNTs的含量增多造成团聚，纤维的强度反而下降，而SA/SWNTs体系中SWNTs 的含量达到50%时，纤维的强度增加了近三倍。研究纤维的性能表明，MWNTs的加入对SA的优良吸水性没有影响，对SA在盐水中的溶胀性能有所改善，使纤维吸盐性能降低。课题还研究了SA/CNTs复合纤维对离子染料MB和MO的吸附性能。结果表明，CNTs的加入，极大的提高了SA对MO的吸附能力，同时增加了对MB的吸附速率。因此，SA/MWCNTs复合纤维可以作为环境友好型的吸附剂，高效、快速的去除水溶液中的离子染料。