石墨烯的功能化改性及其复合材料的应用研究

发布时间：2022-05-03 04:06

　　石墨烯（GE）独特的单原子层结构决定了它独特的性质,如极高的强度,极高的导热导电性能,极大的比表面积,高阻隔性等。这样一种材料将给很多产业和技术带来变革。实验围绕着石墨烯的制备、改性以及其在复合材料中的应用展开。第一部分研究了石墨烯和新型改性石墨烯的制备:在单宁（TA）辅助液相剥离的石墨烯表面接枝长烷基链,并且比较了改性前后石墨烯对天然橡胶复合材料性能的影响。实验首先采用TA作为石墨烯液相剥离的分散助剂,制备了稳定性好、品质高的石墨烯（TGE）。随后利用曼尼希反应成功地在单宁的活性位点接枝十八烷胺,得到NTGE。结果表明,NTGE比TGE有更好的补强效果,加入1份NTGE,拉伸强度和撕裂强度最优,分别比纯NR提高33%和20%,比TGE橡胶复合材料提高9%和4%。加入1.5份NTGE的天然橡胶复合材料耐磨性比纯NR提高27%。第二部分研究了一种新型石墨烯基聚磷酸铵（APP）协效阻燃剂:制备石墨烯基TA-Fe（Ⅲ）络合物胶囊化聚磷酸铵协效阻燃剂,并研究了新型阻燃剂对天然橡胶力学和阻燃性能的影响。实验基于单宁（TA）与石墨烯、APP表面的物理吸附作用以及TA与Fe（Ⅲ）的螯合作用,得到TA... 

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究的背景和应用
    1.2 石墨烯概述
    1.3 石墨烯的制备
        1.3.1 微机械剥离法制备石墨烯
        1.3.2 氧化还原法制备石墨烯
        1.3.3 化学气相沉积法
        1.3.4 碳化硅表面外延生长法
        1.3.5 液相剥离法
        1.3.6 其他方法
    1.4 石墨烯的改性方法
    1.5 石墨烯的阻燃性
    1.6 单宁
        1.6.1 单宁的概述
        1.6.2 单宁的结构
        1.6.3 单宁的反应性
        1.6.4 单宁与石墨烯
    1.7 聚磷酸铵(APP)
        1.7.1 聚磷酸铵(APP)的概述
        1.7.2 APP的改性
    1.8 9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)
        1.8.1 DOPO的概述
        1.8.2 DOPO的反应性
    1.9 石墨烯复合材料的应用研究
        1.9.1 石墨烯在复合材料中的应用
        1.9.2 石墨烯/橡胶纳米复合材料的制备方法
    1.10 复合材料的阻燃
    1.11 研究的目的与内容
第二章 单宁辅助剥离石墨烯的功能化改性及其在天然橡胶中的应用研究
    2.1 引言
    2.2 实验
        2.2.1 实验原材料
        2.2.2 实验内容
            2.2.2.1 液相剥离石墨烯TGE的制备
            2.2.2.2 改性石墨烯NTGE的制备
            2.2.2.3 TGE/NR和 NTGE/NR复合材料的制备
        2.2.3 测试仪器与表征
            2.2.3.1 傅里叶变换红外光谱(FTIR)
            2.2.3.2 紫外光谱(UV-vis)
            2.2.3.3 热重分析(TGA)
            2.2.3.4 扫描电子显微镜(SEM)
            2.2.3.5 X-射线衍射(XRD)
            2.2.3.6 原子力显微镜(AFM)
            2.2.3.7 投射电子显微镜(TEM)
            2.2.3.8 动态力学性能测试(DMA)
            2.2.3.9 力学性能测试
            2.2.3.10 阿克隆磨耗测试
            2.2.3.11 其他实验仪器
    2.3 结果与讨论
        2.3.1 TGE通过曼尼希反应得到NTGE的机理分析以及微观表征
        2.3.2 TGE/NR 与 NTGE/NR 的综合性能研究
        2.3.3 TGE/NR与 NTGE/NR的力学性能研究
    2.4 本章小结
第三章 石墨烯基胶囊化聚磷酸铵协效阻燃剂在天然橡胶中的应用研究
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 MAPP的制备
        3.2.3 MGAPP和 MHGAPP的制备
        3.2.4 MGAPP橡胶复合材料的制备
        3.2.5 测试仪器与表征
            3.2.5.1 傅里叶变换红外光谱(FTIR)
            3.2.5.2 紫外光谱(UV-vis)
            3.2.5.3 热重分析(TGA)
            3.2.5.4 扫描电子显微镜(SEM)及EDS能谱
            3.2.5.5 投射电子显微镜(TEM)
            3.2.5.6 动态力学性能测试(DMA)
            3.2.5.7 力学性能测试
            3.2.5.8 其他实验仪器
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 螯合反应机理以及胶囊化APP的微观表征
        3.3.2 MGAPP/NR复合材料阻燃及力学性能研究
    3.4 本章小结
第四章 DOPO功能化氧化石墨烯涂层对EPS阻燃性的影响
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 EPS泡沫板的制备
        4.2.3 阻燃剂DGO的制备
        4.2.4 DGO/NER复合阻燃涂层的制备
        4.2.5 阻燃的 DOPO/EPS and DGO/EPS 泡沫板的制备
        4.2.6 测试与表征
            4.2.6.1 傅里叶变换红外光谱(FTIR)
            4.2.6.2 紫外光谱(UV-vis)
            4.2.6.3 热重分析(TGA)
            4.2.6.4 扫描电子显微镜(SEM)
            4.2.6.5 X-射线衍射(XRD)
            4.2.6.6 拉曼光谱
            4.2.6.7 投射电子显微镜(TEM)
            4.2.6.8 氧指数测试
            4.2.6.10 锥形量热仪测试
            4.2.6.11 其他实验仪器
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 KDOPO与 DGO的合成路线及微观表征
        4.3.2 DOPO 改性氧化石墨烯涂层对 EPS 阻燃性的影响
        4.3.3 新型阻燃剂阻燃机理的分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
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本文编号：3650596