氧化石墨烯的功能化及其水性聚氨酯復(fù)合體系的研究.pdf

1、本論文以改善石墨烯在聚氨酯中的分散性和界面相容性為目的，通過(guò)氧化石墨烯的功能化、聚氨酯的分子設(shè)計(jì)及創(chuàng)新共混復(fù)合方法等手段，制備了幾種石墨烯與聚氨酯以不同作用方式形成的水性聚氨酯-石墨烯復(fù)合體系，并分別對(duì)其結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能進(jìn)行了分析和研究，主要內(nèi)容如下:
　　1)利用兩親共聚物poly(SS-co-AMPS)對(duì)石墨烯進(jìn)行非共價(jià)鍵修飾，制備了一種在水或有機(jī)溶劑中均可穩(wěn)定分散的功能化石墨烯FGNs。通過(guò)溶液混合的方式實(shí)現(xiàn)了FGNs在磺酸

2、型水性聚氨酯(SWPU)中的均勻分散，制備了SWPU/FGNs復(fù)合體系。對(duì)復(fù)合體系的微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)GNs呈高度剝離的狀態(tài)均勻分散在聚氨酯中;對(duì)SWPU/FGNs的粘結(jié)強(qiáng)度與結(jié)晶性能的研究分析，由于FGNs可提高CWPU的結(jié)晶速率和結(jié)晶度，從而可顯著改善其粘結(jié)強(qiáng)度;另外，F(xiàn)GNs將SWPU的導(dǎo)電率提升了5.5×1010倍，可達(dá)到0.39S.m-1。結(jié)果表明，該方法所制備的聚氨酯/石墨烯復(fù)合體系在環(huán)保型聚氨酯導(dǎo)電粘合劑方面具有潛在的應(yīng)

3、用價(jià)值。
　　2)將氧化石墨烯(GO)與過(guò)量的甲苯二異氰酸酯(TDI)反應(yīng)后用水合肼處理，得到一種表面含伯氨基(-NH2)的功能化石墨烯NH2-graphene，然后以NH2-graphene為擴(kuò)鏈劑通過(guò)原位聚合法制備了石墨烯共價(jià)鍵改性的水性聚氨酯分散液。由于石墨烯與聚氨酯之間存在共價(jià)鍵連接，NH2-graphene在復(fù)合體系中不僅可均勻分散，而且與聚氨酯之間具有較強(qiáng)的界面作用力，另外NH2-graphene可導(dǎo)致聚氨酯微相分離度

4、的增加。性能研究發(fā)現(xiàn)，NH2-graphene可顯著改善水性聚氨酯的力學(xué)、耐熱和導(dǎo)熱性能。
　　3)將陽(yáng)離子水性聚氨酯(CWPU)與GO水分散液混合，利用帶正電荷的CWP U膠?？赏ㄟ^(guò)靜電作用吸附到帶負(fù)電的GO表面發(fā)生共沉淀的原理制備了聚氨酯/石墨烯復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)還原氧化石墨烯(RGO)與CWPU之間通過(guò)靜電相互作用，均勻的分散在聚氨酯基體中;結(jié)果表明，CWPU/RGO的導(dǎo)電率和導(dǎo)熱率比純的CWPU分別提高了6.1倍和4

5、.9×109倍;另外，涂覆了CWPU/RGO的PET膜的氧氣透過(guò)率(OTR)可達(dá)0.6cm3.m-2day-1，表現(xiàn)出優(yōu)異的氣體阻隔性能。
　　4)將CWPU與GO的水分散液混合制備了CWPU/GO復(fù)合體系，研究了聚氨酯膠粒粒徑、GO的pH值以及Zeta電位對(duì)體系穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，CWPU膠粒和片狀GO通過(guò)靜電吸附組成的CWPU/GO復(fù)合體受到重力、浮力、分散力和靜電排斥等作用力，其受力情況是決定復(fù)合體系穩(wěn)定分散或沉淀的主要