PP/Ag@(CuNWs,CNTs)复合材料的制备及抗菌抗静电性能研究

本论文将抗菌物质银纳米颗粒(AgNPs)通过化学还原反应负载到一维填料铜纳米线(CuNWs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)上制备兼具抗菌导电性能的纳米填料,随后通过熔融加工与聚丙烯(PP)基体复合制备抗菌、抗静电PP复合材料。主要工作概述如下:采用银氨溶液在CuNWs表面负载银纳米颗粒,通过TEM及电子能谱有效证明该负载结构的形成,负载AgNPs的CuNWs一定程度上提高了抗氧化性及抗菌性能。随后,通过熔融共混制备不同体积分数的PP/Ag@CuNWs复合材料,结果表明当Ag@CuNWs体积分数仅为0.07 Vol%时,复合材料抗菌率可达99%以上。同时PP/Ag@CuNWs复合材料表现出良好的抗静电效果,当体积分数为0.6 Vol%时,PP/Ag@CuNWs复合材料表面电阻为CB-839体外9.334×108Ω,较PP下降8个数量级。因此,PP/Ag@CuNWs复合材料可作为高效抗静电、抗菌材料广泛应用于汽车immune training、医疗等领域。不同于长径比较小的CuNWs,本章研究选用长径比更大的一维导电填料多壁碳纳米管(MWCNTs),以期通过更低的逾渗值实现抗菌、抗静电复合材料。结果表明Ag@MWCNTs含量在1 wt%-2 wt%区间时,PP/Ag@MWCNTs复合材料表面电阻率降低较快,这可能是MWCNTs电导率高、长径比大引起的。同时通过混酸处理改变MWCNTs表面性质,有利于提高AgNPs的负载量,从而提高PP/Ag@F-MWCNTs复合材料的抗菌及抗静电性能。为了进一步降低PP/Ag@MWCNTs复合材料的逾渗值,本章研究基于双逾渗理论,通过控制MLN8237共混顺序首先制备PP/Ag@MWCNTs复合材料,其中功能粒子含量为2 wt%(已超过逾渗值),随后与聚乙烯(PE)共混制备PP-Ag@MWCNTs/PE复合材料。结果表明,当PE含量低至40 wt%时,PP/Ag@MWCNTs仍为导电连续相。因此,利用体积排除效应可大幅度降低复合材料的逾渗值。同时PP-Ag@MWCNTs/PE复合材料具备优异的抗菌性能(抗菌率>98%)、抗静电效果(4.6×109 Ω)、耐冲击行为(大约是纯PP的20倍以上)。