可生物降解聚酯弹性体/石墨烯复合材料的制备及性能研究

发布时间：2021-08-01 14:13

　　近年来,提高高分子材料的降解性能,减少对不可再生资源的利用,以及提高其导热和导电等性能已成为高分子材料研究领域的一个重要课题。本论文以来源于可再生资源的生物基单体和氧化石墨烯为原料,采用原位熔融缩聚、化学还原和扩链的方法制备出具有生物降解、导热和导电性能的聚酯热塑性弹性体/石墨烯复合材料（BTPE/G）,并对该BTPE/G的结构和性能进行了研究。（1）氧化石墨烯在二元醇中的剥离与还原。本文应用磁力搅拌和超声的方法制备了氧化石墨烯/1,4-丁二醇分散液,然后采用溶剂热还原和化学还原的方法将氧化石墨烯还原。数码照片、TEM和AFM证明氧化石墨烯成功分散在1,4-丁二醇中;FTIR、XRD、TGA和EDS法证明氧化石墨烯能够还原成石墨烯。（2）软段和硬段预聚体的制备与性能研究。以氧化石墨烯/1,4-丁二醇分散液、丁二酸为原料,采用原位熔融缩聚和化学还原的方法合成硬段预聚体;以氧化石墨烯/1,4-丁二醇分散液、1,3-丙二醇、富马酸、丁二酸、癸二酸为原料合成软段预聚体。本文应用FTIR和1H-NMR法研究了软段、硬段预聚体的分子结构;并应用DSC和POM对两种预聚体的热性能和结晶性能进行表征,... 

【文章来源】：青岛科技大学山东省

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 可生物降解高分子材料
        1.2.1 可生物降解高分子材料的定义
        1.2.2 可生物降解高分子材料的分类
        1.2.3 可生物降解高分子材料的降解机理及评价方法
        1.2.4 高分子材料生物降解的影响因素
        1.2.5 可生物降解高分子材料的应用
    1.3 脂肪族聚酯
        1.3.1 脂肪族聚酯的分类和研究现状
            1.3.1.1 饱和脂肪族聚酯
            1.3.1.2 不饱和脂肪族聚酯
        1.3.2 脂肪族聚酯的制备方法及反应机理
            1.3.2.1 化学合成法
            1.3.2.2 生物聚合法
    1.4 聚酯热塑性弹性体
        1.4.1 聚酯热塑性弹性体的特点
        1.4.2 聚酯热塑性弹性体的分类
            1.4.2.1 聚醚型热塑性聚酯弹性体
            1.4.2.2 聚酯型热塑性聚酯弹性体
        1.4.3 聚酯热塑性弹性体的发展及应用
    1.5 石墨烯
        1.5.1 石墨烯的性能
        1.5.2 氧化石墨烯的结构
        1.5.3 氧化石墨烯的还原
            1.5.3.1 化学还原法
            1.5.3.2 热还原法
    1.6 聚合物/石墨烯复合材料的概述
        1.6.1 聚合物/石墨烯复合材料的制备方法
            1.6.1.1 原位聚合法
            1.6.1.2 溶液共混法
            1.6.1.3 熔融共混法
        1.6.2 聚合物/石墨烯复合材料的性能
            1.6.2.1 机械性能
            1.6.2.2 热性能
            1.6.2.3 导电性能
            1.6.2.4 导热性能
            1.6.2.5 其他性能
    1.7 研究目的、意义及创新之处
第二章 氧化石墨烯在二元醇中的剥离与还原
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 实验原料及试剂
        2.2.2 实验设备及仪器
        2.2.3 实验方法
        2.2.4 测试与表征
            2.2.4.1 氧化石墨烯在 1,4-丁二醇中的分散稳定性测试
            2.2.4.2 投射电镜(TEM)测试
            2.2.4.3 原子力显微镜(AFM)测试
            2.2.4.4 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试
            2.2.4.5 X-射线衍射(XRD)测试
            2.2.4.6 热失重分析(TGA)测试
            2.2.4.7 元素分析(EDS)测试
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 氧化石墨烯在/1,4-丁二醇中的分散稳定性
        2.3.2 氧化石墨烯在 1,4-丁二醇中的剥离程度
            2.3.2.1 氧化石墨烯/1,4-丁二醇分散液的TEM照片
            2.3.2.2 氧化石墨烯/1,4-丁二醇分散液的AFM照片
        2.3.3 氧化石墨烯的还原
            2.3.3.1 氧化石墨烯/1,4-丁二醇分散液还原前后的对比
            2.3.3.2 氧化石墨烯还原前后的红外谱图分析
            2.3.3.3 氧化石墨烯还原前后的XRD对比
            2.3.3.4 氧化石墨烯还原前后的热失重对比
            2.3.3.5 氧化石墨烯还原前后的EDS对比
    2.4 本章小结
第三章 软段和硬段预聚体的合成及表征
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料及试剂
        3.2.2 实验仪器及设备
        3.2.3 制备方法
            3.2.3.1 硬段预聚体(GA)的制备方法
            3.2.3.2 软段预聚体(GB)的制备方法
        3.2.4 测试与表征
            3.2.4.1 预聚体的酸值测定
            3.2.4.2 预聚体的羟值测定
            3.2.4.3 预聚体的相对粘度测定
            3.2.4.4 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试
            3.2.4.5 核磁共振氢谱(~1H-NMR)测试
            3.2.4.6 差示扫描量热(DSC)测试
            3.2.4.7 预聚体的结晶性能测试
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 预聚体的合成工艺控制
            3.3.1.1 氧化石墨烯还原剂种类对预聚体性能的影响
            3.3.1.2 氧化石墨烯含量对预聚体性能的影响
        3.3.2 预聚体的结构表征
            3.3.2.1 硬段预聚体的红外谱图分析
            3.3.2.2 硬段预聚体的核磁氢谱图分析
            3.3.2.3 软段预聚体的红外谱图分析
            3.3.2.4 软段预聚体的核磁氢谱图分析
        3.3.3 预聚体的热性能表征
            3.3.3.1 硬段预聚体的热性能
            3.3.3.2 软段预聚体的热性能
        3.3.4 预聚体的结晶性能表征
            3.3.4.1 硬段预聚体的结晶性能
            3.3.4.2 软段预聚体的结晶性能
    3.4 本章小结
第四章 可生物降解聚酯弹性体/石墨烯复合材料的制备及性能研究
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料及试剂
        4.2.2 实验仪器及设备
        4.2.3 BTPE/G制备方法
            4.2.3.1 MDI用量的确定
            4.2.3.2 BTPE/G实验方法
        4.2.4 测试与表征
            4.2.4.1 BTPE/G的相对粘度测定
            4.2.4.2 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试
            4.2.4.3 核磁共振氢谱(~1H-NMR)测试
            4.2.4.4 X-射线衍射(XRD)测试
            4.2.4.5 扫描电子显微镜(SEM)测试
            4.2.4.6 投射电子显微镜(TEM)测试
            4.2.4.7 差示扫描量热(DSC)测试
            4.2.4.8 热失重分析(TGA)测试
            4.2.4.9 导热性能测试
            4.2.4.10 导电性能测试
            4.2.4.11 降解性能测试
            4.2.4.12 原子力显微镜(AFM)测试
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 BTPE/G的结构表征
            4.3.1.1 BTPE/G的红外谱图分析
            4.3.1.2 BTPE/G的核磁氢谱图分析
        4.3.2 石墨烯在BTPE/G中分散性能研究
            4.3.2.1 BTPE/G的XRD谱图分析
            4.3.2.2 BTPE/G的SEM照片分析
            4.3.2.3 BTPE/G的TEM照片分析
        4.3.3 BTPE/G的热性能及其影响因素
            4.3.3.1 石墨烯含量对BTPE/G热性能的影响
            4.3.3.2 软段含量对BTPE/G热性能的影响
            4.3.3.3 软硬段中石墨烯含量对BTPE/G热性能的影响
        4.3.4 BTPE/G的热稳定性分析
        4.3.5 BTPE/G的导热性能及其影响因素
            4.3.5.1 石墨烯含量对BTPE/G导热性能的影响
            4.3.5.2 软段含量对BTPE/G导热性能的影响
            4.3.5.3 软硬段中石墨烯含量对BTPE/G导热性能的影响
        4.3.6 BTPE/G的导电性能及其影响因素
            4.3.6.1 石墨烯含量对BTPE/G导电性能的影响
            4.3.6.2 软段含量对BTPE/G导电性能的影响
            4.3.6.3 软硬段中石墨烯含量对BTPE/G导电性能的影响
        4.3.7 BTPE/G的降解性能分析
            4.3.7.1 BTPE/G在脂肪酶条件下的降解
            4.3.7.2 BTPE/G在缓冲液中的降解
            4.3.7.3 不同降解介质对BTPE/G的影响
        4.3.8 BTPE/G的微相分离程度
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]微观结构与生物降解性能可控的热塑性聚酯弹性体[J]. 杨丽博,崔泉德,王庆国.  中国科学:技术科学. 2016(06)
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[3]石墨烯/高分子复合薄膜的制备及应用[J]. 于小雯,石高全.  高分子学报. 2014(07)
[4]正丁基氯化镁还原氧化石墨烯的表征[J]. 胡江浦,黄英娟,董金勇,王月欣.  高等学校化学学报. 2013(09)
[5]石墨烯微片/聚丙烯导热复合材料的制备与性能[J]. 汪文,丁宏亮,张子宽,沈烈.  复合材料学报. 2013(06)
[6]导电石墨烯/热塑性聚氨酯的制备及其压阻性能研究[J]. 侯毅,王东瑞,张波,黄蔚,查俊伟,党智敏.  绝缘材料. 2012(06)
[7]石墨烯/聚合物纳米复合材料制备与微波吸收性能研究进展[J]. 贾海鹏,苏勋家,侯根良,郭锋,刘朝辉,梅冰.  化工学报. 2012(06)
[8]生物降解高分子材料研究应用进展[J]. 张爱迪,丁德润,朱香利,许迁.  化工新型材料. 2011(07)
[9]氧化石墨烯-酚醛树脂薄膜的制备及性能研究[J]. 王立娜,陈成猛,杨永岗,温月芳,王茂章.  材料导报. 2010(18)
[10]高分子材料生物降解性能的分析研究进展[J]. 赖承钺,郑宽,赫丽萍,李辉章,杨科珂,李方.  化学研究与应用. 2010(01)

硕士论文
[1]丙交酯开环聚合制备聚乳酸的工艺研究[D]. 张淑贞.天津大学 2007



本文编号：3315675