水溶性石墨烯及其聚氨酯纳米复合材料的制备与结晶动力学分析

发布时间：2017-09-25 16:09

  本文关键词：水溶性石墨烯及其聚氨酯纳米复合材料的制备与结晶动力学分析

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【摘要】：石墨烯因其在机械、电学、热学和光学等方面的优异性能引起了学术界极大的兴趣。作为一种功能性材料,石墨烯被用作纳米填料广泛应用于聚合物基石墨烯复合材料的制备。而石墨烯易于堆积且与聚合物相容性差的特点限制了其在复合材料领域的应用。为解决这一问题,本文采用聚苯乙烯磺酸钠(PSS)对石墨烯进行非共价键修饰,并制备了聚氨酯/石墨烯复合材料,进一步对复合材料进行结晶动力学研究。本文的主要内容如下：1、通过PSS与氧化石墨烯(GO)之间的π-π相互作用对GO进行非共价键修饰,而后经过化学还原制备了水溶性石墨烯,所制备的PSS-RGO具有良好的水溶性,且其水溶液能长期保持稳定。XRD、Raman、TEM等测试表明,PSS成功吸附在石墨烯表面,且二者没有发生化学反应。2、通过溶液共混法制备了聚氨酯/水溶性石墨烯(WPU/PSS-RGO)纳米复合材料。TEM. SEM结果表明PSS-RGO在WPU中具有很好的分散性,二者相容性良好；FTIR分析表明PSS-RGO与WPU之间存在氢键作用；TG曲线表明PSS-RGO提升了WPU的热稳定性；电导率测试表明复合材料具有一定导电性；抗拉强度测试表明复合材料抗拉强度随PSS-RGO含量的增加呈现先减小后增加的趋势。3、采用差示扫描量热仪(DSC)研究复合材料等温结晶过程,运用Avrami方程和Arrhenius方程对复合材料的等温结晶动力学进行分析。结果表明,PSS-RGO起到异相成核剂的作用,降低了WPU的结晶活化能,加速了WPU的结晶过程。4、采用DSC研究复合材料非等温结晶过程,分别采用Ozawa方程和莫志森方程分析复合材料的非等温结晶动力学,并运用Kissinger方程计算结晶过程中的活化能。结果表明,PSS-RGO的加入加速了WPU的结晶过程,改变了WPU的结晶方式,影响了WPU非等温结晶过程的结晶活化能。
【关键词】：水溶性石墨烯 聚氨酯 复合材料 结晶动力学
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TQ127.11
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-27
• 1.1 前言15
• 1.2 石墨烯概述15-22
• 1.2.1 石墨烯的结构15-16
• 1.2.2 石墨烯的制备16-18
• 1.2.3 石墨烯的特性及应用18-22
• 1.3 聚氨酯概述22-25
• 1.3.1 聚氨酯简述22-23
• 1.3.2 水性聚氨酯的结构与性能23
• 1.3.3 水性聚氨酯的合成23-25
• 1.4 石墨烯-聚氨酯纳米复合材料研究现状25-26
• 1.5 本论文研究意义26-27
• 第二章 水溶性石墨烯的制备27-36
• 2.1 前言27-28
• 2.2 实验部分28-31
• 2.2.1 主要原料28
• 2.2.2 实验仪器与设备28-29
• 2.2.3 水溶性石墨烯的制备29-30
• 2.2.4 仪器与表征30-31
• 2.3 结果与讨论31-35
• 2.3.1 PSS-RGO的稳定性31
• 2.3.2 傅立叶变换红外光谱31-32
• 2.3.3 拉曼光谱32-33
• 2.3.4 X射线衍射33-34
• 2.3.5 热重分析34
• 2.3.6 电导率34-35
• 2.3.7 透射电镜35
• 2.4 本章小结35-36
• 第三章 聚氨酯/水溶性石墨烯纳米复合材料的制备36-45
• 3.1 前言36
• 3.2 实验部分36-39
• 3.2.1 主要原料36-37
• 3.2.2 实验仪器与设备37-38
• 3.2.3 聚氨酯/水溶性石墨烯纳米复合材料的制备38
• 3.2.4 仪器与表征38-39
• 3.3 结果与讨论39-43
• 3.3.1 傅立叶变换红外光谱39-40
• 3.3.2 热重分析40-41
• 3.3.3 电导率41
• 3.3.4 扫描电镜41-42
• 3.3.5 透射电镜42-43
• 3.3.6 力学性能43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 聚氨酯/水溶性石墨烯纳米复合材料结晶动力学分析45-60
• 4.1 前言45-46
• 4.2 实验部分46
• 4.2.1 主要原料46
• 4.2.2 差示扫描量热法(DSC)46
• 4.3 结果与讨论46-59
• 4.3.1 等温结晶动力学结果与讨论46-51
• 4.3.2 等温结晶动力学结果与讨论51-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 结论60-61
• 参考文献61-69
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况69

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