聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜的制备与表征
发布时间：2021-01-17 00:18
利用真空抽滤方法,制备了纳米纤维素/石墨烯导电膜,将其嵌在聚乳酸表面得到聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜。傅里叶红外（FT-IR）表征结果表明石墨烯与纳米纤维素之间存在一定的相互作用;当纳米纤维素与石墨烯质量比为1:2时,导电复合膜的电导率为12 S·cm-1,抗张强度达到13.62 MPa,水接触角为80.6°。热重分析（TGA）表征结果表明导电复合膜有良好的热稳定性,300℃时不同质量比的导电复合膜的失重量低于10%,相比纳米纤维素,在相同温度下失重量减少了20%。以聚乳酸材料为基体的导电复合膜,其抗张强度比未被嵌聚乳酸基体的纳米纤维素/石墨烯导电膜提高1523倍,将聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜埋在土壤中5周后,质量损失了3.7%。聚乳酸材料优异的力学性能和可降解性,扩展了纳米纤维素/石墨烯导电复合膜的应用范围。制备的导电复合膜在柔性导电材料领域有潜在的应用前景。
【文章来源】：化工学报. 2017,68(12)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜（CGP）的制备过程
烯复合膜铺于玻璃板上；再将一定量聚乳酸溶液（聚乳酸与石墨烯纳米纤维素之和的质量比为5:1）嵌在纳米纤维素/石墨烯导电复合膜之上，将玻璃板置于电加热板上85℃，1h，蒸发掉多余溶剂，使聚乳酸固化成型，将导电复合膜从玻璃板上取下，室温12h，确保DMAc溶剂完全挥发。按照上述方法便获得聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜，标记为CGP1、CGP2、CGP3、CGP4和CGP5，分别代表纳米纤维素与石墨烯的质量比为（1:3,1:2,1:1,2:1,5:1）。2实验结果与讨论2.1聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜的傅里叶红外光谱表征图2为纳米纤维素（cellulosenanofibers）、石墨烯(graphene)、聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜（CGP2，CGP5）的红外谱图。从图2可以看出，石墨烯无明显特征峰，证明纯石墨烯表面几乎没有官能团，与之前报道过的结论一致[23-24]；从纳米纤维素的红外光谱中可知3400和2900cm1处的特征峰分别归属于羟基O—H和C—H的伸缩振动峰[25]；而导电复合膜CGP2和CGP5的吸收峰与纳米纤维素的吸收峰相似，只是在加入石墨烯后，位于3400cm1处的特征峰向低波长移动至3300cm1处，并且特征峰变得更加尖锐。石墨烯的添加对纳米纤维素的—OH振动峰产生了影响[26]，可能是由于石墨烯与纳米纤维素之间存在一定的相互作图2纳米纤维素、石墨烯、CGP5、CGP2的红外谱图Fig.2FT-IRspectraofcellulosenanofibers,graphene,CGP5andCGP2
化工学报第68卷·4836·用[27]，进而表明石墨烯与纳米纤维素之间只是简单的物理复合，并没有破坏石墨烯表面，使石墨烯依旧保持良好的导电性；但随着石墨烯添加量的增多，CGP5的吸收峰强度减弱，可能是由于随着石墨烯添加量的增多，石墨烯之间开始堆叠，石墨烯的吸收峰将纳米纤维素的吸收峰掩盖，导致纳米纤维素的吸收峰变弱。而且从图3中也可以看出随着石墨烯添加量的增多，导电复合膜表面存在着大量的石墨烯片层。2.2聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜的形貌特征图3为聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜（CGP）表面及断面SEM图片，从图3（a）～（g）可知CGP的表面粗糙。随着导电复合膜中石墨烯的添加量增大，导电复合膜表面有层状石墨烯出现，当纳米纤维素与石墨烯比例为1:3时[图3（e）]，表面出现断裂断层，可能是由于当石墨烯添加量逐渐增大时，石墨烯开始团聚堆叠，阻碍纳米纤维素分子链与石墨烯的相互缠绕，使其表面出现断裂断层。图3（h）为纳米纤维素与石墨烯质量比为1:2（CGP2）导电复合膜断面SEM照片，从图片中可以清晰地看到致密的纳米纤维素/石墨烯导电层和几十微米厚的聚乳酸基体，依靠着聚乳酸基体良好的力学性能，聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜具有良好的柔性[28]。2.3聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜的热稳定性石墨烯(graphene)、纳米纤维素（cellulosenanofibers）和不同质量比的聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯(CGP1、CGP2、CGP3、CGP4和CGP5)导电复合膜的热重分析曲线见图4，在不同温度下由图可知，石墨烯粉末在600℃前几乎没有质量损失，证明石墨烯具有良好的热稳定性。而纳米纤维素总共有两个明显的失重，第1个失重发生在250～350℃之间，这主要由于纳米纤维素失水，第2个
【参考文献】：
期刊论文
[1]导电材料的分类及其研究进展[J]. 张团慧,范萌琦,王晋,苏毅. 化工新型材料. 2016(10)
[2]纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展[J]. 夏凯伦,蹇木强,张莹莹. 物理化学学报. 2016(10)
[3]石墨烯/纤维素复合材料的制备及应用[J]. 高玉荣,黄培,孙佩佩,吴敏,黄勇. 化学进展. 2016(05)
[4]石墨烯/聚乳酸复合膜的制备及其性能研究[J]. 陈志昌,陈思浩,王继虎,徐刚,杨春宇. 材料导报. 2015(22)
[5]石墨烯与再生纤维素复合纤维制备及性能研究[J]. 李昌垒,马君志,秦翠梅,曲丽君,田明伟. 针织工业. 2015(06)
[6]聚乳酸导电高分子复合材料的研究进展[J]. 董奇志,朱俐英,余刚,李亚男,马甜,李力力. 材料导报. 2013(21)
[7]石墨烯复合材料的研究进展[J]. 匡达,胡文彬. 无机材料学报. 2013(03)
博士论文
[1]纳米纤维素改性聚偏氟乙烯膜材料性能研究[D]. 白浩龙.北京林业大学 2015
硕士论文
[1]基于石墨烯导电纸的制备及其性能研究[D]. 南松楠.华南理工大学 2015
[2]石墨烯掺杂PLA纳米纤维膜的研究[D]. 董青.苏州大学 2015
本文编号：2981816
【文章来源】：化工学报. 2017,68(12)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜（CGP）的制备过程
烯复合膜铺于玻璃板上；再将一定量聚乳酸溶液（聚乳酸与石墨烯纳米纤维素之和的质量比为5:1）嵌在纳米纤维素/石墨烯导电复合膜之上，将玻璃板置于电加热板上85℃，1h，蒸发掉多余溶剂，使聚乳酸固化成型，将导电复合膜从玻璃板上取下，室温12h，确保DMAc溶剂完全挥发。按照上述方法便获得聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜，标记为CGP1、CGP2、CGP3、CGP4和CGP5，分别代表纳米纤维素与石墨烯的质量比为（1:3,1:2,1:1,2:1,5:1）。2实验结果与讨论2.1聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜的傅里叶红外光谱表征图2为纳米纤维素（cellulosenanofibers）、石墨烯(graphene)、聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜（CGP2，CGP5）的红外谱图。从图2可以看出，石墨烯无明显特征峰，证明纯石墨烯表面几乎没有官能团，与之前报道过的结论一致[23-24]；从纳米纤维素的红外光谱中可知3400和2900cm1处的特征峰分别归属于羟基O—H和C—H的伸缩振动峰[25]；而导电复合膜CGP2和CGP5的吸收峰与纳米纤维素的吸收峰相似，只是在加入石墨烯后，位于3400cm1处的特征峰向低波长移动至3300cm1处，并且特征峰变得更加尖锐。石墨烯的添加对纳米纤维素的—OH振动峰产生了影响[26]，可能是由于石墨烯与纳米纤维素之间存在一定的相互作图2纳米纤维素、石墨烯、CGP5、CGP2的红外谱图Fig.2FT-IRspectraofcellulosenanofibers,graphene,CGP5andCGP2
化工学报第68卷·4836·用[27]，进而表明石墨烯与纳米纤维素之间只是简单的物理复合，并没有破坏石墨烯表面，使石墨烯依旧保持良好的导电性；但随着石墨烯添加量的增多，CGP5的吸收峰强度减弱，可能是由于随着石墨烯添加量的增多，石墨烯之间开始堆叠，石墨烯的吸收峰将纳米纤维素的吸收峰掩盖，导致纳米纤维素的吸收峰变弱。而且从图3中也可以看出随着石墨烯添加量的增多，导电复合膜表面存在着大量的石墨烯片层。2.2聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜的形貌特征图3为聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜（CGP）表面及断面SEM图片，从图3（a）～（g）可知CGP的表面粗糙。随着导电复合膜中石墨烯的添加量增大，导电复合膜表面有层状石墨烯出现，当纳米纤维素与石墨烯比例为1:3时[图3（e）]，表面出现断裂断层，可能是由于当石墨烯添加量逐渐增大时，石墨烯开始团聚堆叠，阻碍纳米纤维素分子链与石墨烯的相互缠绕，使其表面出现断裂断层。图3（h）为纳米纤维素与石墨烯质量比为1:2（CGP2）导电复合膜断面SEM照片，从图片中可以清晰地看到致密的纳米纤维素/石墨烯导电层和几十微米厚的聚乳酸基体，依靠着聚乳酸基体良好的力学性能，聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜具有良好的柔性[28]。2.3聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯导电复合膜的热稳定性石墨烯(graphene)、纳米纤维素（cellulosenanofibers）和不同质量比的聚乳酸基纳米纤维素/石墨烯(CGP1、CGP2、CGP3、CGP4和CGP5)导电复合膜的热重分析曲线见图4，在不同温度下由图可知，石墨烯粉末在600℃前几乎没有质量损失，证明石墨烯具有良好的热稳定性。而纳米纤维素总共有两个明显的失重，第1个失重发生在250～350℃之间，这主要由于纳米纤维素失水，第2个
【参考文献】：
期刊论文
[1]导电材料的分类及其研究进展[J]. 张团慧,范萌琦,王晋,苏毅. 化工新型材料. 2016(10)
[2]纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展[J]. 夏凯伦,蹇木强,张莹莹. 物理化学学报. 2016(10)
[3]石墨烯/纤维素复合材料的制备及应用[J]. 高玉荣,黄培,孙佩佩,吴敏,黄勇. 化学进展. 2016(05)
[4]石墨烯/聚乳酸复合膜的制备及其性能研究[J]. 陈志昌,陈思浩,王继虎,徐刚,杨春宇. 材料导报. 2015(22)
[5]石墨烯与再生纤维素复合纤维制备及性能研究[J]. 李昌垒,马君志,秦翠梅,曲丽君,田明伟. 针织工业. 2015(06)
[6]聚乳酸导电高分子复合材料的研究进展[J]. 董奇志,朱俐英,余刚,李亚男,马甜,李力力. 材料导报. 2013(21)
[7]石墨烯复合材料的研究进展[J]. 匡达,胡文彬. 无机材料学报. 2013(03)
博士论文
[1]纳米纤维素改性聚偏氟乙烯膜材料性能研究[D]. 白浩龙.北京林业大学 2015
硕士论文
[1]基于石墨烯导电纸的制备及其性能研究[D]. 南松楠.华南理工大学 2015
[2]石墨烯掺杂PLA纳米纤维膜的研究[D]. 董青.苏州大学 2015
本文编号：2981816
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