聚已二酸乙二醇酯和氧化石墨烯二元及三元复合体系的制备、结构与性能研究

摘要

本工作采用改进的Staudenmaier方法制备了氧化石墨烯后，运用两种方法分别制备了聚己二酸乙二醇酯/氧化石墨烯(PEA/GO)二元复合材料及聚乳酸/聚己二酸乙二醇酯/氧化石墨烯(PLLA/PEA/GO)三元复合材料，并利用静态拉伸仪、扫描隧道显微镜(SEM)、热失重分析仪(TGA)等一系列表征手段研究了PEA二元及三元纳米复合材料的结晶行为和力学性能等的变化规律。 在第一部分工作中，一系列低含量的PEA/GO纳米复合材料通过溶液沉淀法被成功制备，其中GO的含量为0.1，0.5和1.0wt％。SEM表征结果表明，GO以其良好的分散、典型的片层结构存在于整个PEA基体中。相比于纯PEA，由于GO的成核剂作用，GO显著促进了复合材料的非等温结晶行为和等温结晶动力学。然而，其结晶机理和结晶结构却没有发生改变。球晶形态的研究更直观地证实了GO的异相成核作用。同时，在所研究的温度内，纯PEA及其复合材料都被观察到呈现出典型的环带球晶，同时还发现GO的加入拓宽了环带球晶形成的温度范围。通过对球晶生长速率的测定发现，GO不仅作为成核剂增加了基体的成核密度，还提高了PEA的球晶生长速率。 在第二部分工作中，PLLA的二元及三元共混或复合材料——PLLA/PEA、PLLA/GO和PLLA/PEA/GO及纯样PLLA通过溶液挥发法被成功制备。其中，PLLA和PEA的比例是85比15，而GO在其中的含量均为0.5wt％。SEM的表征结果表明，PLLA与PEA是相容的，PEA的加入使得PLLA明显呈现出一种相对粗糙的形貌。在PLLA/PEA/GO三元复合体系中，一个均匀分布、以剥离性的单片层形态存在于基体中的GO被观察到。GO和PEA对于PLLA的等温与非等温结晶都起到了促进作用，GO对PLLA的促进作用要略大于PEA，但是它们的加入都没有改变PLLA的结晶结构。在进一步的球晶形态的研究中，PEA作为增塑剂，明显提高了共混和三元复合材料的球晶生长速率，而GO则起到了成核剂的作用，没有发现球晶生长速率的明显变化。在热稳定的研究中发现，GO和PEA对材料的微分热重曲线(DTG)峰值温度没有太大的影响，但明显改变了起始降解温度。在力学性能的测试中，PLLA/PEA/GO在应力拉伸和动态力学的测试中，都表现出了比纯样相对优异的性能，尤其是PEA的加入使得PLLA的脆性断裂转变为韧性断裂，而GO的存在又避免了拉伸应力和杨氏模量的较大损失。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 生物降解材料概述

1．2 生物降解材料PLA概述

1．2．1 PLA的单体与合成

1．2．2 PLA的分类与性质

1．2．3 PLA的改性

1．3 生物降解材料PEA概述

1．3．1 PEA的合成和性质

1．3．2 PEA的改性

1．4 石墨烯概述

1．4．1 石墨烯的结构与性质简介

1．4．2 石墨烯的制备方法

1．4．3 石墨烯的最新研究进展

1．5 二元及三元生物降解聚合物纳米复合材料的研究进展及展望

1．6 本课题的创新点、研究目的及意义

第二章 PEA／GO纳米复合材料的制备、形态及其结晶行为的研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料

2．2．2 氧化石墨烯(GO)的制备

2．2．3 PEA／GO的纳米复合材料的制备

2．2．4 表征手段

2．3 结果与讨论

2．3．1 GO在PEA／GO复合材料中的形貌及分散

2．3．2 PEA／GO复合材料结晶结构的研究

2．3．3 纯PEA和PEk／GO纳米复合材料结晶行为的研究

2．3．4 纯PEA和PEA／GO纳米复合材料球晶形态和球晶生长速率的研究

2．3．5 纯PEA和PEA／GO纳米复合材料热稳定性的研究

2．4 本章小结

第三章 PLLA／PEA／GO三元纳米复合体系的制备、结构与性能的研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料

3．2．2 PLLA／PEA／GO的纳米复合材料的制备

3．2．3 表征手段

3．3 结果与讨论

3．3．1 GO与PEA在PLLA基体中的形貌研究

3．3．2 PLLA及其二元、三元体系结晶行为及结晶结构的研究

3．3．3 PLLA及其二元、三元体系球晶形态和球晶生长速率的研究

3．3．4 PLLA及其二元、三元体系热稳定性的研究

3．3．5 PLLA及其二元、三元体系力学性能的研究

3．4 本章小节

第四章 总结

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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