本文關(guān)鍵詞：氧化石墨烯的化學改性及其在高分子共混中的應用

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【摘要】：石墨烯(Graphene)是由一層碳原子構(gòu)成的二維平面薄膜,為現(xiàn)在已知的最薄材料。氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)作為石墨烯的前驅(qū)體,是石墨經(jīng)過氧化、剝離后得到的單分子層狀物質(zhì),經(jīng)過還原可以得到石墨烯。石墨烯和氧化石墨烯都具有比表面積大、綜合性能優(yōu)良的特點,但氧化石墨烯與石墨烯不同的是它帶有很多含氧官能團,有利于其與聚合物之間的相互作用,也更容易進行化學修飾,在各種應用領域中是比較理想的原材料。研究證實,氧化石墨烯的邊緣含有羧基且基面分布著羥基和環(huán)氧基,同時基面還具有由未被氧化的苯環(huán)組成的疏水性網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),是一種兩親性物質(zhì)。本文針對氧化石墨烯的這種結(jié)構(gòu)特點,從提高其與聚合物相互作用的角度出發(fā)對氧化石墨烯進行了化學改性,旨在將其發(fā)展成為一種高分子共混增容劑,并且考察了其在共混中的增容效果。主要內(nèi)容有:(1)采用改進的Hummers法,即對石墨進行插層氧化,進一步超聲處理進行單分子層剝離的方法制備出了氧化石墨烯。對產(chǎn)物的各項測試結(jié)果均顯示,采用該方法可以成功制備出高質(zhì)量的氧化石墨烯,并且與傳統(tǒng)的Hummers法相比,該方法成本更低且更安全環(huán)保。(2)利用氧化石墨烯基面上的環(huán)氧基進行共價鍵修飾,提高其與聚合物之間的相互作用,為下面將其發(fā)展成高分子共混增容劑打下了基礎。主要工作有:a.首先將乙二胺與氧化石墨烯混合,利用氨基與環(huán)氧基的親核取代反應對氧化石墨烯進行胺改性,制備出了帶有氨基的氧化石墨烯(NH2-t-GO)。b.然后將馬來酸酐接枝的聚丙烯(MAPP)與NH2-t-GO混合,利用酸酐基團與NH2-t-GO末端氨基的反應完成化學改性,制備出接枝有PP鏈的氧化石墨烯(PP-g-GO)。FTIR分析、XRD分析都檢測到了PP鏈的存在;TGA分析得出在PP-g-GO中MAPP的接枝率可達65.73%;拉曼光譜分析可知對石墨的氧化及修飾引入了大量缺陷,使其結(jié)晶尺寸大為減小。(3)將制備出的接枝有PP鏈的氧化石墨烯(PP-g-GO)作為高分子共混增容劑,應用到兩種不相容的高分子聚合物PP和ABS中。主要工作有:a.按不同比例將PP和ABS熔融共混,考察了不同共混比時增容前與增容后共混材料的各項力學性能的改變。力學結(jié)果顯示,加入0.5 wt%的PP-g-GO后共混材料的抵抗形變能力和強度都有所提高,韌性則呈現(xiàn)了下降趨勢。b.固定共混比為PP/ABS=30/70,添加了不同含量的PP-g-GO,考察了增容前與增容后共混材料各項性能的變化。SEM圖像顯示,增容后的共混材料兩相混合均勻性明顯提高;TGA、DMA、DSC、拉伸沖擊測試以及流變性能測試結(jié)果表明,PP-g-GO的加入可以提高PP/ABS共混物的熱穩(wěn)定性、抵抗形變能力及粘度、結(jié)晶能力以及拉伸沖擊強度,但過多含量的PP-g-GO可能發(fā)生部分團聚從而對性能有不利影響,且高溫熔融狀態(tài)下PP-g-GO的增容效果不明顯。
【關(guān)鍵詞】：氧化石墨烯 化學修飾 高分子共混
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O613.71;O631
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-40
• 1.1 石墨烯和氧化石墨烯簡介12
• 1.2 氧化石墨烯的制備方法及結(jié)構(gòu)12-16
• 1.2.1 氧化石墨烯的制備方法12-13
• 1.2.2 氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)13-16
• 1.3 氧化石墨烯的修飾16-22
• 1.3.1 共價鍵修飾16-20
• 1.3.1.1 對羧基的修飾16-18
• 1.3.1.2 對環(huán)氧基的修飾18-20
• 1.3.2 非共價鍵修飾20-22
• 1.3.2.1 多核芳香環(huán)物質(zhì)20-21
• 1.3.2.2 表面活性劑和離子液體21
• 1.3.2.3 生物分子和大分子21-22
• 1.4 功能化氧化石墨烯在高分子材料中的應用22-31
• 1.4.1 氧化石墨烯/聚合物納米復合材料的合成22-24
• 1.4.1.1 溶液混合22-23
• 1.4.1.2 熔融共混23-24
• 1.4.1.3 原位聚合24
• 1.4.2 氧化石墨烯/聚合物納米復合材料的性質(zhì)24-31
• 1.4.2.1 機械性能24-26
• 1.4.2.2 導電性能26-28
• 1.4.2.3 導熱性能28-29
• 1.4.2.4 其它性能29-31
• 1.5 本文的研究目的與主要內(nèi)容31-34
• 參考文獻34-40
• 第二章 氧化石墨烯的制備和改性40-57
• 2.1 研究背景40-42
• 2.2 實驗部分42-44
• 2.2.1 原料42
• 2.2.2 氧化石墨烯（GO）的制備42-43
• 2.2.3 氨基化氧化石墨烯（NH_2-t-GO）的制備43
• 2.2.4 接枝聚丙烯鏈的氧化石墨烯（PP-g-GO）的制備43
• 2.2.5 樣品表征43-44
• 2.3 結(jié)果與討論44-53
• 2.3.1 氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)與性能44-47
• 2.3.1.1 UV分析44-45
• 2.3.1.2 FTIR分析45
• 2.3.1.3 XRD分析45-46
• 2.3.1.4 TGA分析46-47
• 2.3.2 PP-g-GO的結(jié)構(gòu)與性能47-53
• 2.3.2.1 PP-g-GO的合成路線47-48
• 2.3.2.2 FTIR分析48-49
• 2.3.2.3 XRD分析49-50
• 2.3.2.4 TGA分析50-52
• 2.3.2.5 Raman分析52-53
• 2.4 小結(jié)53-54
• 參考文獻54-57
• 第三章 改性氧化石墨烯在高分子共混中的應用57-79
• 3.1 研究背景57-59
• 3.2 實驗部分59-61
• 3.2.1 原料59
• 3.2.2 PP/ABS共混物的制備59-60
• 3.2.3 PP/ABS/PP-g-GO共混物的制備60
• 3.2.4 樣品表征與測試60-61
• 3.3 結(jié)果與討論61-76
• 3.3.1 不同共混比例下PP/ABS增容前后性能的比較62-65
• 3.3.1.1 PP/ABS與PP/ABS/PP-g-GO拉伸性能的比較62-64
• 3.3.1.2 PP/ABS與PP/ABS/PP-g-GO沖擊性能的比較64-65
• 3.3.2 不同增容劑添加量對PP/ABS共混體系性能的影響65-76
• 3.3.2.1 SEM分析65-67
• 3.3.2.2 TGA分析67-68
• 3.3.2.3 DMA分析68-70
• 3.3.2.4 DSC分析70-73
• 3.3.2.5 力學分析73-74
• 3.3.2.6 流變性能分析74-76
• 3.4 小結(jié)76-77
• 參考文獻77-79
• 第四章 結(jié)論79-80
• 作者簡介80-81
• 致謝81

【參考文獻】

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本文編號：915177