PBS/fGO复合材料及PBS基疏水材料的制备与性能

摘要

生物可降解材料聚丁二酸丁二醇酯（PBS）因其优良的机械加工性能和生物相容性，在绿色包装、生物医用工程、环境工程、生态农业等领域有着广泛的应用前景。但是其在力学性能上表现为强度不足、韧性有余的特征，影响了其作为工程材料的应用。石墨烯作为性能优异的二维纳米材料，利用其纳米效应可以对 PBS进行增强改性。另一方面，在以上应用领域中，常需要这类材料具有强疏水性，因此构筑 PBS的疏水结构也有利于其应用发展。鉴于以上问题，本论文进行了两个方面的研究工作：一是以功能化氧化石墨烯（fGO）为填料，利用溶液复合法制备了PBS/fGO复合薄膜材料，并对其力学性能、结晶行为和热稳定性进行了探究；二是利用聚合物微相分离的方法，构筑了 PBS基强疏水材料，并对它在油水分离中的应用进行了初步考察。
　　为了改善GO与PBS的相容性和GO在PBS中的分散性，首先利用高效的非公价键—离子键法，采用双十二烷基二甲基溴化胺（DDAB）对GO进行修饰，从而得到功能化石墨烯（fGO），所制备的fGO能够在氯仿中稳定分散；进而利用溶液复合法制备了PBS/fGO复合薄膜，并对其结构和性能进行了表征。在力学行为上，在fGO的含量为0.1wt％时，复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率相较纯的PBS分别提高了36%和31%，但是随着含量的继续增大，其拉伸强度和断裂伸长率都呈现出下降趋势；结晶行为分析表明，fGO的加入在复合材料结晶过程中虽然有诱导异相成核的作用，然而由于所修饰的 fGO所表现的位阻效应限制了 PBS分子链在结晶过程中的重排运动，使得复合材料的结晶温度升高，而结晶度有所下降。热稳定性分析表明，不同含量fGO的加入对PBS复合材料的热稳定性并没有明显的影响。
　　利用聚合物微相分离原理，以氯仿为良溶剂，无水乙醇、正丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯为非溶剂，设计了具有强疏水性的生物可降解 PBS薄膜材料制备工艺，探究了 PBS浓度和非溶剂含量等因素对所制备薄膜的润湿性、结晶性、粘附力以及表面形貌的影响。
　　结果表明，不同种类非溶剂的加入都使得 PBS疏水薄膜的静态接触角有大幅度的提升，最高达到142.5°，比未处理的PBS薄膜接触角提高了近60°。所制备的强疏水性PBS表面对水滴的粘附力都高于100μN，最高达到248μN，均表现为高粘附性的特征。这主要源于相分离过程中薄膜表面形成了具有不同形状的微米-纳米结构，由精细的微米-纳米多阶结构与水滴接触时所表现的钉扎效应和毛细效应共同决定的，这与 Cassie渗入态模型基本吻合。疏水薄膜表面的静态接触角在一定程度上受 PBS浓度的影响，并且随着非溶剂添加量的增大而增大，这主要归因于相分离作用所构筑的微米-纳米结构随着非溶剂添加量的不同所产生的改变。所得疏水薄膜的结晶度相比于未处理的 PBS薄膜有大幅度的提升，与其静态接触角的大小呈现出正相关性。
　　利用溶剂-非溶剂法还制备了三维的PBS基疏水材料，并对其油水分离效果做了初步探究。所制备的疏水材料表现出优异的疏水和亲油性，其吸油和有机溶剂的能力可以达到自身重量的5～9倍，表明该材料在油水分离领域中有着一定的应用前景。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 PBS概述

1.3 石墨烯概述

1.4 疏水材料概述

1.5 论文选题依据及研究内容

2 PBS/fGO复合材料的制备与性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 PBS基疏水薄膜的制备与性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 PBS基疏水材料在油水分离中的初步应用

4.1 引言

4.2 实验内容

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 结论

参考文献

个人简历、攻读学位期间发表的学术论文

致谢