氧化石墨烯助分散凹凸棒土纳米复合物的制备及其在聚合物改性中的应用

发布时间：2017-08-09 18:34

  本文关键词：氧化石墨烯助分散凹凸棒土纳米复合物的制备及其在聚合物改性中的应用

  更多相关文章： 聚合物纳米复合材料 氧化石墨烯 凹凸棒土 多维度 协同效应

【摘要】：作为天然的一维纳米材料,凹凸棒土(ATT)价格低廉储量丰富,是一种很有潜力的增强体,能够提升聚合物的机械性能,但是凹凸棒土自身容易发生团聚、与聚合物基体的相容性较差。目前,由不同维度纳米材料制备而成的多维纳米复合材料开始成为研究热点,利用不同维度纳米材料团聚方式的差异组装成特定的结构,可以利用这些差异相互抑制彼此的团聚发生,提高与聚合物的相容性,同时这种多维纳米复合材料兼有两种材料各自的优点。本文选取二维的氧化石墨烯(GO)为助分散载体,一维的凹凸棒土为受体,组装生成新型纳米复合增强体,探究了纳米复合增强体的制备及其在聚合物中的应用。本课题的主要研究内容如下：1、用硅烷偶联剂KH550对凹凸棒土进行表面修饰,得到了含有氨基的改性凹凸棒土(ATT-KH550),并选取二维的氧化石墨烯为纳米载体,通过在水溶液中静电组装的方法制备氧化石墨烯助分散凹凸棒土(GO-ATT)。调节氧化石墨烯与改性凹凸棒土的比例,得到了凹凸棒土含量不同的GO-ATT增强体,并研究了其结构、形貌与性能。结果表明凹凸棒土均匀的附着于氧化石墨烯片层上,同时在组装过程中氧化石墨烯片层没有产生新的缺陷,氧化石墨烯和凹凸棒土的晶体结构也没有改变。随着凹凸棒土含量的提升,GO-ATT的片层间距逐渐增大,热稳定性逐渐提升。2、选取非极性的聚丙烯(PP)为聚合物基体,以凹凸棒土含量为90wt%的GO-ATT 1:9为增强填料,通过熔融共混法制备了不同GO-ATT1：9含量的氧化石墨烯助分散凹凸棒土改性PP复合材料(PP/GO-ATT),研究表明氧化石墨烯的引入改善了PP的熔融加工性能以及凹凸棒土在PP中的分散性,并提高了凹凸棒土对PP的增强作用。添加2wt%GO-ATT1：9时,PP复合材料力学性能最好,其拉伸模量、杨氏模量和储能模量分别比纯PP提升了53.5%、143.8%和37.3%。由于GO-ATT的热稳定性不如凹凸棒土,所以GO-ATT对PP热分解温度的提升效果不及凹凸棒土。3、本章选取水溶性的聚乙烯醇(PVA)为聚合物基体,以不同组成的GO-ATT为增强填料,通过溶液共混法制备了氧化石墨烯助分散凹凸棒土改性PVA复合材料(PVA/GO-ATT),同时制备了聚乙烯醇／氧化石墨烯复合材料(PVA/GO)和聚乙烯醇／凹凸棒土复合材料(PVA/ATT)进行对比。实验表明,氧化石墨烯的加入使凹凸棒土在PVA中的均匀分散,与单一的氧化石墨烯和凹凸棒土填料相比,GO-ATT具有更高的增强效率,氧化石墨烯和凹凸棒土表现出协同增强效应。GO-ATT中氧化石墨烯和凹凸棒土的比例为1：9时为最优配比,此时PVA复合材料的力学性能和热稳定性最好,其储能模量、拉伸强度和杨氏模量分别比纯PVA提升了83.6%、41.4%和117.4%,热分解温度提升了103℃,甚至优于凹凸棒土的改性效果。4、选取非极性的聚苯乙烯(PS)为聚合物基体,以不同组成的GO-ATT为增强填料,通过溶液共混法制备了填料比为1wt%的氧化石墨烯助分散凹凸棒土改性聚苯乙烯复合材料(PS/GO-ATT),研究表明氧化石墨烯的引入改善了凹凸棒土在PS中的分散性,并提高了凹凸棒土对PS的增强作用,GO-ATT 1:9对PS复合材料力学性能的改善最为明显,其储能模量提升了75.4%。与凹凸棒土大幅度提升PS的玻璃化转变温度不同,GO-ATT对PS的玻璃化转变温度没有明显的改变,GO-ATT 2:8对PS热稳定性的改善最为显著,氧化石墨烯起到了良好的阻隔作用。
【关键词】：聚合物纳米复合材料 氧化石墨烯 凹凸棒土 多维度 协同效应
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-34
• 1.1 引言10-11
• 1.2 凹凸棒土及其聚合物纳米复合材料11-15
• 1.2.1 凹凸棒土的结构与性能11-13
• 1.2.2 凹凸棒土的表面处理方法及其在聚合物改性中的应用13-15
• 1.3 氧化石墨烯及其聚合物纳米复合材料15-17
• 1.3.1 氧化石墨烯的结构与性能15
• 1.3.2 氧化石墨烯的应用15-16
• 1.3.3 氧化石墨烯改性聚合物复合材料的制备方法16-17
• 1.4 氧化石墨烯对纳米材料在聚合物基体中的助分散作用17-24
• 1.4.1 对零维材料的助分散18-19
• 1.4.2 对一维材料的助分散19-21
• 1.4.3 对二维材料的助分散21-24
• 1.5 本论文的研究意义和主要内容24
• 参考文献24-34
• 第二章 氧化石墨烯助分散凹凸棒土纳米复合物的制备及表征34-44
• 2.1 引言34
• 2.2 实验部分34-36
• 2.2.1 实验原料34-35
• 2.2.2 实验仪器35
• 2.2.3 氧化石墨烯的制备35
• 2.2.4 凹凸棒土的改性35-36
• 2.2.5 氧化石墨烯助分散凹凸棒土(GO-ATT)的制备36
• 2.3 样品表征36-37
• 2.3.1 Zeta电位测试36
• 2.3.2 透射电镜测试(TEM)36-37
• 2.3.3 扫描电镜测试(SEM)37
• 2.3.4 红外光谱测试(FT-IR)37
• 2.3.5 拉曼光谱测试(Raman)37
• 2.3.6 X射线衍射测试(XRD)37
• 2.3.7 热失重分析测试(TGA)37
• 2.4 结果与讨论37-42
• 2.4.1 GO-ATT的Zeta电位分析37-38
• 2.4.2 GO-ATT的形貌分析38-39
• 2.4.3 GO-ATT的红外光谱分析39-40
• 2.4.4 GO-ATT的拉曼光谱分析40
• 2.4.5 GO-ATT的XRD分析40-41
• 2.4.6 GO-ATT的热失重分析41-42
• 2.5 结论42
• 参考文献42-44
• 第三章 氧化石墨烯助分散凹凸棒土纳米复合物对聚丙烯的改性研究44-58
• 3.1 引言44-45
• 3.2 实验部分45-46
• 3.2.1 实验原料45
• 3.2.2 实验仪器45
• 3.2.3 氧化石墨烯助分散凹凸棒土改性聚丙烯(PP/GO-ATT)的制备45-46
• 3.3 样品表征46-47
• 3.3.1 X射线衍射测试(XRD)46
• 3.3.2 扫描电镜测试(SEM)46-47
• 3.3.3 拉伸测试47
• 3.3.4 动态热机械分析测试(DMA)47
• 3.3.5 热失重分析测试(TGA)47
• 3.4 结果与讨论47-55
• 3.4.1 PP/GO-ATT的加工性能分析47-49
• 3.4.2 PP/GO-ATT的XRD分析49-50
• 3.4.3 PP/GO-ATT的SEM分析50-52
• 3.4.4 PP/GO-ATT的拉伸性能分析52-53
• 3.4.5 PP/GO-ATT的DMA分析53-54
• 3.4.6 PP/GO-ATT的TGA分析54-55
• 3.5 结论55
• 参考文献55-58
• 第四章 氧化石墨烯助分散凹凸棒土纳米复合物对聚乙烯醇的改性研究58-70
• 4.1 引言58
• 4.2 实验部分58-60
• 4.2.1 实验试剂58
• 4.2.2 仪器设备58-59
• 4.2.3 氧化石墨烯助分散凹凸棒土改性聚乙烯醇(PVA/GO-ATT)的制备59-60
• 4.3 样品表征60-61
• 4.3.1 X射线衍射测试(XRD)60
• 4.3.2 扫描电镜测试(SEM)60
• 4.3.3 拉伸测试60
• 4.3.4 动态热机械分析测试(DMA)60-61
• 4.3.5 热失重分析测试(TGA)61
• 4.4 结果与讨论61-68
• 4.4.1 PVA/GO-ATT的形貌分析61-62
• 4.4.2 PVA/GO-ATT的XRD分析62
• 4.4.3 PVA/GO-ATT的断面SEM分析62-63
• 4.4.4 PVA/GO-ATT的拉伸性能分析63-65
• 4.4.5 PVA/GO-ATT的DMA分析65-67
• 4.4.7 PVA/GO-ATT的TGA分析67-68
• 4.5 结论68-69
• 参考文献69-70
• 第五章 氧化石墨烯助分散凹凸棒土纳米复合物对聚苯乙烯的改性研究70-78
• 5.1 引言70
• 5.2 实验部分70-71
• 5.2.1 实验原料70
• 5.2.2 实验仪器70-71
• 5.2.3 氧化石墨烯助分散凹凸棒土改性聚苯乙烯(PS/GO-ATT)的制备71
• 5.3 样品表征71-72
• 5.3.1 X射线衍射测试(XRD)71
• 5.3.2 扫描电镜测试(SEM)71
• 5.3.3 动态热机械分析(DMA)71-72
• 5.3.4 差示扫描量热分析(DSC)72
• 5.3.5 热失重分析(TGA)72
• 5.4 结果与讨论72-77
• 5.4.1 PS/GO-ATT的XRD分析72-73
• 5.4.2 PS/GO-ATT的SEM分析73-74
• 5.4.3 PS/GO-ATT的DMA分析74-75
• 5.4.4 PS/GO-ATT的DSC分析75-76
• 5.4.5 PS/GO-ATT的TGA分析76-77
• 5.5 结论77
• 参考文献77-78
• 第六章 总结与展望78-79
• 致谢79-80
• 硕士期间发表论文80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 杨敬贺;楚明超;;氧化石墨烯和石墨烯在催化领域中的应用研究进展[J];化学研究;2014年04期

2 王燕;孙友谊;刘亚青;;聚苯乙烯/石墨复合材料的制备及电性能研究[J];绝缘材料;2009年01期

3 李丽坤;马永梅;官建国;王佛松;;聚丙烯/凹凸棒石纳米复合材料的制备与性能研究[J];高分子学报;2008年05期

4 黄健花;刘元法;金青哲;王兴国;;加热影响凹凸棒土结构的光谱分析[J];光谱学与光谱分析;2007年02期

5 王平华,徐国永;聚丙烯/凹凸棒土纳米复合材料的制备、结构与性能[J];高分子材料科学与工程;2005年02期

6 朱家光;;凹凸棒土粉作为饲料微量元素添加剂的应用价值[J];上海实验动物科学;1988年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 于会娥;凹凸棒土在肥料中应用的基础研究[D];郑州大学;2014年

2 肖文昌;β晶型聚丙烯的结晶行为及结晶动力学[D];复旦大学;2009年

3 高振明;凹凸棒土的表面改性及其与聚苯乙烯的复合[D];天津大学;2009年

，

本文编号：646630