功能化氧化石墨烯/PE纳米复合膜的制备和性能研究

摘要

聚烯烃类聚合物例如聚乙烯、聚丙烯等具有优良的机械性能,极好的加工性以及廉价等特点,广泛的应用于食品药品的包装。为了进一步扩大其在包装方面的应用,提高其气体阻隔性能成为研究的热点。目前,在聚烯烃类聚合物中添加片层状纳米填料是提高聚烯烃阻隔性能的理想方案。氧化石墨烯(GO)作为一种片层状碳纳米填料,具有良好的机械性能和大的比表面积,能有效的改善聚合物的阻隔性能。
　　本文通过溶液法制备了均匀分散的十二烷基胺功能化氧化石墨烯(DA-GO)/高密度聚乙烯(HDPE)纳米复合材料。实验中分别制备了均匀结构以及隔离结构的复合材料。热重分析(TGA)及X射线衍射(XRD)研究表明,DA分子链通过与环氧基团进行亲核取代而成功接枝在GO表面。复合材料断口扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)显示DA-GO能以剥离的方式均匀分散于HDPE基体中。从偏光图可以看出成功制备了隔离结构的纳米复合材料。差示扫描量热分析 DSC研究表明,DA-GO能明显诱导HDPE的结晶。均匀分散于HDPE基体中的DA-GO片层能有效提高复合膜的气体阻隔性能,对于隔离结构,当DA-GO含量为0.5wt％时,下降到了2.10×10-14 cm3cm/(cm2?s?Pa),阻隔性提高了152.3％。对于均匀结构,当 DA-GO含量为0.5wt％时,纳米复合薄膜的透氧系数从纯HDPE的5.30×10-14cm3cm/(cm2?s?Pa)降低到1.72×10-14 cm3cm/(cm2sPa),阻氧性能提高了208.1％。分析隔离结构和均匀结构的透氧率,可以看出,无论是均匀结构还是隔离结构,两者的阻隔性能都有所提高,但由于在隔离结构中,DA-GO与基体间的界面结合作用可能远不如均匀结构的,均匀结构中的界面结合比较紧密,而隔离结构中DA-GO与HDPE间的片层距离较大,形成的通路较大,气体分子的透过速率增大,故而得到的阻隔性能提高没有均匀结构的大。

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1.绪论

1.1引言

1.2国内外研究进展

1.3小分子渗透理论

1.4 研究课题的提出与意义

1.5 主要研究内容与创新点

2.实验部分

2.1主要试剂及仪器清单

2.2材料制备

2.3结构表征与性能测试

3.结果与讨论

3.1 改性氧化石墨烯表征

3.2 DA-GO/HDPE复合材料分散性研究

4.气体渗透机理与理论模型分析

4.1平行且规则排布的纳米片层

4.2平行片层的随机空间排列

4.3片层与主扩散方向成角度排列

4.4复合材料气体渗透模型

5结论与展望

致谢

参考文献

在校期间发表论文及获奖情况