氧化石墨烯及其納米復(fù)合材料的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，具有超高的強(qiáng)度和韌性以及超大的比表面積，由于其結(jié)構(gòu)單元中具有大量的羥基、羧基、環(huán)氧基等含氧基團(tuán)，可以在水相中分散成納米分散液，易于與聚合物、陶瓷、水泥等形成插層復(fù)合物，具有明顯的增強(qiáng)作用。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，將氧化石墨烯摻入水泥基復(fù)合材料中，可以對水泥基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)起調(diào)控作用，改善水泥水化產(chǎn)物微觀晶體生長，在本課題組前期研究的基礎(chǔ)上，通過Hummers方法及超聲分散制備了可控氧化的氧化石墨烯分散液(G

2、O)，并對其進(jìn)行磺基化，再分別與水泥混凝土減水劑和丙烯酸樹脂進(jìn)行復(fù)合，分別應(yīng)用于水泥基復(fù)合材料及皮革復(fù)鞣劑中，主要工作如下:
　　(1)采用Hummers法和超聲波輔助分散制備氧化石墨烯分散液(GO)，通過傅立葉紅外光譜(FTIR)等儀器對對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，結(jié)果表明制備的氧化石墨烯含有羥基、羧基等含氧基團(tuán)，含氧量達(dá)到50.94％，片層厚度達(dá)到0.65nm，分散均勻，穩(wěn)定性較高。
　　(2)采用不同濃度氧化石墨烯分散液(GO

3、)改性聚羧酸系減水劑(PC)按摻量0.02％加入到水泥漿體中，研究了其對水泥水化時(shí)間、水泥水化產(chǎn)物形狀、水泥凈漿流動度、水泥石孔結(jié)構(gòu)和對膠砂力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明GO改性PC能夠促使水泥水化反應(yīng)，調(diào)控水泥水化晶體生長，從而達(dá)到增強(qiáng)的目的。且在相同的摻量下，隨著GO濃度的增加，水泥石的微觀結(jié)構(gòu)中孔隙越少，結(jié)構(gòu)越密實(shí)，抗壓強(qiáng)度也越大。
　　(3)總結(jié)GO對水泥水化晶體的調(diào)控機(jī)理，結(jié)果顯示，不同濃度GO改性PC摻入水泥基復(fù)合材料中，可

4、以調(diào)控其微觀結(jié)構(gòu)，濃度越大，形成的水泥水化晶體結(jié)構(gòu)越緊湊，水泥石越密實(shí)，此結(jié)果對于提高水泥基材料的抗壓強(qiáng)度及裂縫填充性具有重要意義。
　　(4)采用濃硫酸做磺化劑，對GO進(jìn)行磺基化，并采用超聲波輔助分散，得到磺基化氧化石墨烯(SGO)，將不同摻量SGO與聚羧酸系減水劑混合加入到水泥漿體中，研究了對水泥基復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響。結(jié)果表明磺基化氧化石墨烯能夠使水泥石結(jié)構(gòu)密實(shí)，且隨著SGO濃度的增大，水泥石中的孔隙量越少，微觀結(jié)構(gòu)

5、越規(guī)整，結(jié)構(gòu)越密實(shí)。
　　(5)采用丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯腈為聚合單體，以過硫酸銨為引發(fā)劑制備聚丙烯酸樹脂，采用原位聚合法制備GO/丙烯酸樹脂復(fù)鞣劑。對不同GO摻量復(fù)鞣劑進(jìn)行復(fù)鞣實(shí)驗(yàn)，討論了該復(fù)鞣劑對皮革濕熱穩(wěn)定性、透氣性、抗張強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、增厚率的影響，結(jié)果表明，經(jīng)該復(fù)鞣劑復(fù)鞣過的皮革與對照樣品比較，其“敗色”現(xiàn)象有所改善，且粒面細(xì)膩清晰，手感豐滿，彈性好，皮革收縮溫度有提高。
　　本論文的創(chuàng)新之處在于采用氧