具有CO2切换能力的石墨烯分散液及其聚苯乙烯复合胶乳的制备

摘要

石墨烯因其优异的性能而备受关注。石墨液相剥离法是一种有效的石墨烯制备方法，但石墨烯自身存在的大兀共轭而使剥离出的石墨烯极易重新堆叠团聚。因此，设计与定制能提供与石墨烯CH-π作用且具有CO2切换能力的表面活性剂，在实现水相剥离石墨制备石墨烯的同时，可突破液相剥离法不能制备高浓度石墨烯分散液的难点。
　　为此，本课题围绕着CO2可切换高分子表面活性剂的设计与定制，研究其对石墨剥离效率和石墨烯分散液CO2切换能力的影响，并使用此石墨烯分散液实现CO2可切换的纳米复合石墨烯/聚苯乙烯胶乳的合成。主要研究内容包括：
　　(1)使用钯-二亚胺配合物作为催化剂，通过乙烯和丙烯酸2-(2-溴异丁酰氧基)乙酯(BIEA)共聚，制得含有多个Br基团的超支化聚乙烯，并以此为大分子引发剂，用于单体甲基丙烯酸二乙胺基乙酯(DEA)和甲基丙烯酸二甲胺基乙酯(DMA)的ATRP无规共聚，从而获得星型共聚物HBPE-P(DMA-co-DEA);同时还定制了以二十八烷为疏永段的直链共聚物C28-P(DMA-co-DEA)。
　　(2)使用合成的CO2切换性表面活性剂进行水中的石墨剥离，制备石墨烯浓度0.15-0.33mg/mL的稳定分散液，石墨剥离效率达4.5-8.25％; TEM、AFM和XRD等表征表明超过90％所得石墨烯在0.5-2μm范围、厚度达2.2-5.2nm;石墨烯分散液可通N2/CO2实现多次石墨烯的沉淀与再分散，容易实现石墨烯分散液浓度的调节。
　　(3)使用CO2可切换石墨烯分散液，通过乳液聚合法一锅合成了石墨烯/聚苯乙烯胶乳，胶乳稳定且可通N2破乳，实现石墨烯/聚苯乙烯复合材料方便制备;石墨烯/聚苯乙烯复合材料具有较低的导电逾渗值和较好的热稳定性。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 石墨烯

1．1．1 石墨烯性质

1．1．2 制备方法

1．1．3 石墨烯的功能化

1．2 刺激响应型聚合物

1．2．1 pH刺激响应型聚合物

1．2．2 温度刺激响应型聚合物

1．2．3 CO2刺激响应型聚合物

1．2．4 其他刺激响应聚合物

1．3 石墨烯／聚合物复合材料

1．3．1 复合材料的制备

1．3．2 复合材料性能

1．4 课题的提出与研究思路

第二章 CO2刺激响应型表面活性剂的合成

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 原料和试剂

2．2．2 ATRP引发剂的合成

2．2．3 表面活性剂的合成

2．2．4 聚合物的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 引发剂的合成

2．3．2 表面活性剂的合成

2．3．3 表面活性剂在水中的胶束化行为

2．4 本章小结

第三章 CO2可切换石墨烯分散液的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料和试剂

3．2．2 石墨烯分散液制备

3．2．3 石墨烯分散液的分散／沉淀循环

3．2．4 石墨烯分散液的表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 分散剂对石墨烯剥离效率的影响

3．3．2 石墨烯分散液CO2切换能力

3．4 本章小结

第四章 石墨烯／聚苯乙烯纳米复合胶乳的制备

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 原料和试剂

4．2．2 石墨烯分散液的浓缩

4．2．3 石墨烯／聚苯乙烯胶乳的制备

4．2．4 石墨烯／聚苯乙烯复合材料的制备

4．2．5 胶乳和复合材料的表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 石墨烯／聚苯乙烯胶乳的制备

4．3．2 胶乳的凝聚

4．3．3 石墨烯／聚苯乙烯复合材料的性能

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

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