乙烯基聚合物/氧化石墨烯复合物的制备及性能

摘要

聚丙烯（Polypropylene，PP）塑料在现代生活中被广泛应用，具有质轻、耐酸碱等优点，但其易燃的缺陷限制了它的应用范围。水泥基材料是用量最大的工程材料，存在着容易产生裂缝、渗漏等问题，对其强度和耐久性有较大的影响。因此，寻找一种改善这些缺陷的方法是目前研究的热点。氧化石墨烯（Graphene Oxide，GO）是石墨烯的一种衍生物，具有大的比表面积、优良的机械性能、超强的导热能力等优点，当GO作为复合材料的添加剂使用时，具有改善机械性能、导热性能等材料性能的优点，所以将GO引入到PP、水泥基材料中时具有改善这些缺陷的可能。GO表面具有羟基、羧基等基团，这些亲水性基团的存在使得GO具有了亲水性，将GO添加到疏水性的PP及亲水性的水泥基材料中时，存在着难以分散均匀的问题，导致其制备的复合材料性能达不到预期要求。本文采用改进的Hummers法及超声分散法制备了GO悬浮液。通过对GO进行化学改性提高了GO在PP塑料中的分散性。通过溶液聚合法制备了聚羧酸减水剂（Polycarboxylate Superplasticizer，PCS），并通过超声分散法制备了PCS与GO的复合物，对制备的GO及PP/GO复合材料、PCS/GO复合物进行了表征与测试。
　　（1）采用改进的Hummers法制得了氧化石墨，随后用超声波分散法制备了GO悬浮液，通过元素测定、FT-IR、AFM等对GO的含氧量、结构进行了表征，结果表明在制备GO的过程中用K2SO8、P2O5的混合物对石墨进行预氧化可使产物的含氧量由32.18％提升到了35.83%，氧化剂KMnO4与石墨的最佳质量配比为6:1，最佳反应时间组合为低温反应2h、中温反应6h、高温反应20min。实验制得的GO含氧量最高可达35.94%，在溶剂中稳定分散时GO片层规模为200-1200nm，厚度范围为0.83-1.23nm。
　　（2）利用硅烷偶联剂KH-550对GO进行了化学修饰，通过熔融共混法制备了PP/GO的复合材料，对复合材料进行表征及性能测试，结果表明添加0.5%的GO时，制得的复合材料结晶温度达到120.4℃，熔融温度可达171.1℃；热导率提升了111.7%，达到0.435W/(m·K)；极限氧指数为21.1%，提高了3%；拉伸强度达到33.7MPa，提升了11.96%，弯曲强度可达42.7MPa，抗冲击强度则降低到3.9kJ/m2。
　　（3）在室温条件下，选用聚醚类大单体、丙烯酸系小单体利用自由基聚合的原理，在氧化-还原的引发剂体系下，通过溶液聚合法制得了减水剂。确定了最优实验条件，其中引发剂过硫酸铵（APS）与亚硫酸氢钠（SHS）的摩尔比为2:1，添加总量为单体总质量的1.2%，链转移剂异丙醇（isopropanol,IPA）添加量为单体总质量的2%，单体的最佳摩尔比n(大单体):n(AA):n(AM)=1:3:2.5。
　　（4）用超声分散法将GO均匀分散到PCS中进行复合，之后将分散液应用在水泥中，结果显示GO的最佳掺量为水泥料体的0.04%。此时水泥浆体流动度下降较小，水泥石的微观结构形成了较为规整的结构；制成的样品抗压强度可达62.8MPa，抗折强度为7.2MPa。
　　本论文的创新点在于优化了Hummers制备氧化石墨的条件，探究了一种改善GO在PP基体中分散性的方法，制备了PCS与GO的复合物。

目录

符号说明

1 绪论

1.1 引言

1.2 氧化石墨烯的概述

1.3 GO的改性

1.4 GO与聚合物的复合

1.5 PCS的概述

1.6 选题的目的及意义

1.7 课题研究的内容

2 GO的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 GO的表征方法

2.4 结果与讨论

2.5 本章结论

3 PP/GO复合材料的制备与研究

3.1 实验主要试剂与仪器

3.2 实验部分

3.3 复合材料的表征与性能测试

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

4 PCS的制备及与GO的复合

4.1 实验主要试剂与仪器

4.2 实验部分

4.3 产物的表征与性能测试

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

5 结论、创新点和展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文、成果

参加的科研项目

研究生期间获得的奖励

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