基于石墨烯功能化改性聚氨酯材料的制备与性能研究
发布时间：2021-07-23 15:34
聚氨酯材料是目前应用非常广泛的一种高分子材料,具有低温柔顺性好、抗冲击性高、粘结性好等优点,但聚氨酯存在不耐高温,耐溶剂性差等缺点。为了对其进行改性,添加纳米材料是一种有效的解决方法。石墨烯是一种优异的纳米材料,具有许多优异的物理化学性能,如高比面积、极佳的导热和导电性能等。然而石墨烯因为其自身的化学惰性,容易产生团聚现象,不易溶于常用的有机溶剂,因此在高分子聚合物基体中的应用存在很多瓶颈问题。本论文以改善石墨烯在聚氨酯中的分散性和界面相容性,以及提高聚氨酯材料的耐热性能和力学性能为目标,对氧化石墨烯进行非共价键和共价键功能化改性,制备了不同的功能化石墨烯,然后以不同的添加方式与聚氨酯混合形成一种共混材料,并对其结构、形态和性能进行了研究和分析。本论文的主要研究内容如下:（1）通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,通过离子液体[BMIm]Tf2N对GO进行非共价键改性,制备非共价键功能化的氧化石墨烯（IL-GO）;再通过水合肼对其进行还原,制备非共价键功能化的石墨烯（IL-RGO）。采用FT-IR、XRD、SEM和TG对IL-GO和IL-RGO的结构进...
【文章来源】：江苏理工学院江苏省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯构建零维巴基球、一维碳纳米管和三维石墨的示意图[6]
江苏理工学院硕士学位论文2能，在电子、聚合物、汽车和生物制药等[12-15]行业的各种应用中具有巨大的潜力。图1-1石墨烯构建零维巴基球、一维碳纳米管和三维石墨的示意图[6]氧化石墨烯（GO）是一种很典型的二维含氧官能团的石墨烯衍生物[16]。与石墨烯相比，氧化石墨烯表面活性更大。氧化石墨烯是一种单一原子层的材料，能够随时在平面方向扩大几十微米的距离，所以它的结构要比一般典型材料的结构要大得多，氧化石墨烯的结构图如图1-2所示。氧化石墨烯是经过石墨烯氧化后得到，会在石墨烯的基础上呈现出一些其他特性，所以可以将其看做是一种非传统型态的材料，它具有石墨烯的一些性质同时也拥有两性分子的一些特性[17]。根据相关实验结果显示，从氧化石墨烯薄片的边缘到中央处表现出亲水至疏水的性质分布规则，这表明氧化石墨烯在水中具有良好的分散性且具有两亲性，可以将其视为亲水性物质。图1-2氧化石墨烯的结构图[16]
江苏理工学院硕士学位论文4的差距。图1-3氧化石墨还原过程示意图[23]1.3石墨烯和氧化石墨烯的表面修饰尽管石墨烯和氧化石墨烯的优秀性能使得其潜力较大，但其本身在反应过程中具有惰性，并且范德华力相互作用导致产生聚集现象，使其难溶于水及常用的有机溶剂，更难与其他有机或无机材料均匀的复合，这是石墨烯作为填料在复合材料中应用的最大障碍[26]。如何提高石墨烯和氧化石墨烯在溶剂和高分子基体中的分散性成为了研究的热点之一。目前采取的主要方法是对石墨烯表面进行有效可控的功能化处理。石墨烯的功能化可改善石墨烯在有机溶剂中的分散性，使其在聚合物基质中能够稳定分散，制备出性能优异的聚合物碳纳米复合材料。将石墨烯进行功能化的处理主要有两种方式，从其结构上进行研究分为共价键和非共价键两种方法。1.3.1非共价键修饰通过对石墨烯内部结构的分析，了解石墨烯非共价键功能化的实现方式。通过石墨烯片层分子和功能化分子之间的相互作用力，制备出具有特定功能的石墨烯基复合材料[27]。分子间的相互作用力，能够帮助其形成稳定的结构体系。在范德华力和分子之间的静电力的作用之下，利用现代的物理技术或者是采取聚合物的包覆技术实现石墨烯的表面功能化。非共价键的功能化处理的方法是在不破坏原有功能键的基础之上，实现对于石墨烯的功能化修饰。根据作用键的不同，主要分为π-π键作用、离子键作用和氢键作用三种类型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]硅烷偶联剂改性氧化石墨烯的制备及表征[J]. 王慧茹,王鑫,赵雄燕. 应用化工. 2019(01)
[2]聚酯多元醇研究进展[J]. 任智鑫,陶绪泉,董晨洁,蔺元斌,胡欣悦. 化学推进剂与高分子材料. 2018(04)
[3]异氰酸酯功能化氧化石墨烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备与性能[J]. 白静静,尹建宇,高雄. 复合材料学报. 2018(07)
[4]水性聚氨酯合成与改性研究综述[J]. 颜昌琪,吕兴军. 广东化工. 2017(21)
[5]功能石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料膜的制备及性能[J]. 郑辉东,欧忠星,郑玉婴,肖东升,曹宁宁. 材料工程. 2016(11)
[6]聚氨酯中NCO含量的测定方法与研究进展[J]. 张军科,曹赟. 化学与黏合. 2016(04)
[7]硅烷化还原氧化石墨烯/水性聚氨酯复合物的合成与性能[J]. 张玉,杨建军,吴庆云,张建安,吴明元,陈春俊,曹忠富. 精细化工. 2016(03)
[8]改性氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料的性能研究[J]. 刘华山,吕建,雷圆,曾德明,赵浩融. 热固性树脂. 2015(02)
[9]离子液体改性石墨微片制备硅橡胶复合材料[J]. 张海蛟,马玉录,韩晶杰,谢林生. 中国塑料. 2014(12)
[10]巯基功能化石墨烯修饰玻碳电极测定水中痕量重金属镉[J]. 于璐洋,王会才,赵修青,李一明,李海涛. 天津工业大学学报. 2014(03)
博士论文
[1]石墨烯的功能化改性及应用研究[D]. 陈小乙.复旦大学 2012
硕士论文
[1]功能化氧化石墨烯作为药物基因载体在肿瘤治疗中的应用[D]. 杜士彬.天津工业大学 2018
[2]石墨烯/PET复合导电纤维的制备与性能研究[D]. 凌良仲.天津工业大学 2017
[3]新型热塑性聚氨酯弹性体的合成及性能研究[D]. 张智威.湖南大学 2014
[4]石墨烯功能化改性及其聚氨酯纳米复合材料的制备[D]. 吴力.华南理工大学 2014
[5]有机硅改性水性聚氨酯涂饰剂的合成与表征[D]. 杨雪.浙江大学 2014
[6]离子液体改性膨胀石墨制备石墨烯/硅橡胶复合材料[D]. 张海蛟.华东理工大学 2014
[7]石墨烯表面非共价修饰及其聚合物复合材料制备与性能[D]. 王磊.浙江工业大学 2013
[8]环氧树脂改性水性聚氨酯乳液的制备与研究[D]. 詹彪.燕山大学 2012
[9]聚碳酸酯二醇/蓖麻油聚氨酯弹性体的制备与性能[D]. 白延光.青岛科技大学 2012
[10]丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的合成研究[D]. 曾文慧.北京化工大学 2010
本文编号：3299562
【文章来源】：江苏理工学院江苏省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨烯构建零维巴基球、一维碳纳米管和三维石墨的示意图[6]
江苏理工学院硕士学位论文2能，在电子、聚合物、汽车和生物制药等[12-15]行业的各种应用中具有巨大的潜力。图1-1石墨烯构建零维巴基球、一维碳纳米管和三维石墨的示意图[6]氧化石墨烯（GO）是一种很典型的二维含氧官能团的石墨烯衍生物[16]。与石墨烯相比，氧化石墨烯表面活性更大。氧化石墨烯是一种单一原子层的材料，能够随时在平面方向扩大几十微米的距离，所以它的结构要比一般典型材料的结构要大得多，氧化石墨烯的结构图如图1-2所示。氧化石墨烯是经过石墨烯氧化后得到，会在石墨烯的基础上呈现出一些其他特性，所以可以将其看做是一种非传统型态的材料，它具有石墨烯的一些性质同时也拥有两性分子的一些特性[17]。根据相关实验结果显示，从氧化石墨烯薄片的边缘到中央处表现出亲水至疏水的性质分布规则，这表明氧化石墨烯在水中具有良好的分散性且具有两亲性，可以将其视为亲水性物质。图1-2氧化石墨烯的结构图[16]
江苏理工学院硕士学位论文4的差距。图1-3氧化石墨还原过程示意图[23]1.3石墨烯和氧化石墨烯的表面修饰尽管石墨烯和氧化石墨烯的优秀性能使得其潜力较大，但其本身在反应过程中具有惰性，并且范德华力相互作用导致产生聚集现象，使其难溶于水及常用的有机溶剂，更难与其他有机或无机材料均匀的复合，这是石墨烯作为填料在复合材料中应用的最大障碍[26]。如何提高石墨烯和氧化石墨烯在溶剂和高分子基体中的分散性成为了研究的热点之一。目前采取的主要方法是对石墨烯表面进行有效可控的功能化处理。石墨烯的功能化可改善石墨烯在有机溶剂中的分散性，使其在聚合物基质中能够稳定分散，制备出性能优异的聚合物碳纳米复合材料。将石墨烯进行功能化的处理主要有两种方式，从其结构上进行研究分为共价键和非共价键两种方法。1.3.1非共价键修饰通过对石墨烯内部结构的分析，了解石墨烯非共价键功能化的实现方式。通过石墨烯片层分子和功能化分子之间的相互作用力，制备出具有特定功能的石墨烯基复合材料[27]。分子间的相互作用力，能够帮助其形成稳定的结构体系。在范德华力和分子之间的静电力的作用之下，利用现代的物理技术或者是采取聚合物的包覆技术实现石墨烯的表面功能化。非共价键的功能化处理的方法是在不破坏原有功能键的基础之上，实现对于石墨烯的功能化修饰。根据作用键的不同，主要分为π-π键作用、离子键作用和氢键作用三种类型。
【参考文献】：
期刊论文
[1]硅烷偶联剂改性氧化石墨烯的制备及表征[J]. 王慧茹,王鑫,赵雄燕. 应用化工. 2019(01)
[2]聚酯多元醇研究进展[J]. 任智鑫,陶绪泉,董晨洁,蔺元斌,胡欣悦. 化学推进剂与高分子材料. 2018(04)
[3]异氰酸酯功能化氧化石墨烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备与性能[J]. 白静静,尹建宇,高雄. 复合材料学报. 2018(07)
[4]水性聚氨酯合成与改性研究综述[J]. 颜昌琪,吕兴军. 广东化工. 2017(21)
[5]功能石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料膜的制备及性能[J]. 郑辉东,欧忠星,郑玉婴,肖东升,曹宁宁. 材料工程. 2016(11)
[6]聚氨酯中NCO含量的测定方法与研究进展[J]. 张军科,曹赟. 化学与黏合. 2016(04)
[7]硅烷化还原氧化石墨烯/水性聚氨酯复合物的合成与性能[J]. 张玉,杨建军,吴庆云,张建安,吴明元,陈春俊,曹忠富. 精细化工. 2016(03)
[8]改性氧化石墨烯/不饱和聚酯复合材料的性能研究[J]. 刘华山,吕建,雷圆,曾德明,赵浩融. 热固性树脂. 2015(02)
[9]离子液体改性石墨微片制备硅橡胶复合材料[J]. 张海蛟,马玉录,韩晶杰,谢林生. 中国塑料. 2014(12)
[10]巯基功能化石墨烯修饰玻碳电极测定水中痕量重金属镉[J]. 于璐洋,王会才,赵修青,李一明,李海涛. 天津工业大学学报. 2014(03)
博士论文
[1]石墨烯的功能化改性及应用研究[D]. 陈小乙.复旦大学 2012
硕士论文
[1]功能化氧化石墨烯作为药物基因载体在肿瘤治疗中的应用[D]. 杜士彬.天津工业大学 2018
[2]石墨烯/PET复合导电纤维的制备与性能研究[D]. 凌良仲.天津工业大学 2017
[3]新型热塑性聚氨酯弹性体的合成及性能研究[D]. 张智威.湖南大学 2014
[4]石墨烯功能化改性及其聚氨酯纳米复合材料的制备[D]. 吴力.华南理工大学 2014
[5]有机硅改性水性聚氨酯涂饰剂的合成与表征[D]. 杨雪.浙江大学 2014
[6]离子液体改性膨胀石墨制备石墨烯/硅橡胶复合材料[D]. 张海蛟.华东理工大学 2014
[7]石墨烯表面非共价修饰及其聚合物复合材料制备与性能[D]. 王磊.浙江工业大学 2013
[8]环氧树脂改性水性聚氨酯乳液的制备与研究[D]. 詹彪.燕山大学 2012
[9]聚碳酸酯二醇/蓖麻油聚氨酯弹性体的制备与性能[D]. 白延光.青岛科技大学 2012
[10]丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的合成研究[D]. 曾文慧.北京化工大学 2010
本文编号：3299562
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