氧化石墨烯的功能化及其水性聚氨酯復合體系的研究.pdf

1、本論文以改善石墨烯在聚氨酯中的分散性和界面相容性為目的，通過氧化石墨烯的功能化、聚氨酯的分子設計及創(chuàng)新共混復合方法等手段，制備了幾種石墨烯與聚氨酯以不同作用方式形成的水性聚氨酯-石墨烯復合體系，并分別對其結構、形態(tài)和性能進行了分析和研究，主要內容如下:
　　1)利用兩親共聚物poly(SS-co-AMPS)對石墨烯進行非共價鍵修飾，制備了一種在水或有機溶劑中均可穩(wěn)定分散的功能化石墨烯FGNs。通過溶液混合的方式實現了FGNs在磺酸

2、型水性聚氨酯(SWPU)中的均勻分散，制備了SWPU/FGNs復合體系。對復合體系的微觀結構分析發(fā)現，FGNs呈高度剝離的狀態(tài)均勻分散在聚氨酯中;對SWPU/FGNs的粘結強度與結晶性能的研究分析，由于FGNs可提高CWPU的結晶速率和結晶度，從而可顯著改善其粘結強度;另外，FGNs將SWPU的導電率提升了5.5×1010倍，可達到0.39S.m-1。結果表明，該方法所制備的聚氨酯/石墨烯復合體系在環(huán)保型聚氨酯導電粘合劑方面具有潛在的應

3、用價值。
　　2)將氧化石墨烯(GO)與過量的甲苯二異氰酸酯(TDI)反應后用水合肼處理，得到一種表面含伯氨基(-NH2)的功能化石墨烯NH2-graphene，然后以NH2-graphene為擴鏈劑通過原位聚合法制備了石墨烯共價鍵改性的水性聚氨酯分散液。由于石墨烯與聚氨酯之間存在共價鍵連接，NH2-graphene在復合體系中不僅可均勻分散，而且與聚氨酯之間具有較強的界面作用力，另外NH2-graphene可導致聚氨酯微相分離度

4、的增加。性能研究發(fā)現，NH2-graphene可顯著改善水性聚氨酯的力學、耐熱和導熱性能。
　　3)將陽離子水性聚氨酯(CWPU)與GO水分散液混合，利用帶正電荷的CWP U膠?？赏ㄟ^靜電作用吸附到帶負電的GO表面發(fā)生共沉淀的原理制備了聚氨酯/石墨烯復合材料。研究發(fā)現，化學還原氧化石墨烯(RGO)與CWPU之間通過靜電相互作用，均勻的分散在聚氨酯基體中;結果表明，CWPU/RGO的導電率和導熱率比純的CWPU分別提高了6.1倍和4

5、.9×109倍;另外，涂覆了CWPU/RGO的PET膜的氧氣透過率(OTR)可達0.6cm3.m-2day-1，表現出優(yōu)異的氣體阻隔性能。
　　4)將CWPU與GO的水分散液混合制備了CWPU/GO復合體系，研究了聚氨酯膠粒粒徑、GO的pH值以及Zeta電位對體系穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現，CWPU膠粒和片狀GO通過靜電吸附組成的CWPU/GO復合體受到重力、浮力、分散力和靜電排斥等作用力，其受力情況是決定復合體系穩(wěn)定分散或沉淀的主要