聚丙烯酸酯-改性氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、石墨烯是一種新興的二維納米材料，在機(jī)械、導(dǎo)熱、導(dǎo)電等方面有優(yōu)異的性能，被用于儲(chǔ)能、太陽能電池、超級(jí)電容器、復(fù)合材料等方面的研究。氧化石墨烯因其更好的分散性和可加工性而大量被應(yīng)用于聚合物基復(fù)合材料的研究。聚丙烯酸酯作為廣泛用于皮革、紡織、木器等表面的涂層材料，具有良好的成膜性、耐候性、保光性，但其存在物理機(jī)械性能、耐水性、耐摩擦牢度不足的缺陷。本研究制備了氧化石墨烯(GO)、氨基化氧化石墨烯(NGO)和雙鍵化氧化石墨烯(DGO)，并將其分

2、別引入引入皮革織物用聚丙烯酸酯中，獲得了聚丙烯酸酯/改性氧化石墨烯復(fù)合材料，研究了聚丙烯酸酯基體與氧化石墨烯之間的相互作用，對(duì)復(fù)合材料的性能進(jìn)行了考察，主要包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)通過改進(jìn)Hummers法制備了GO，考察了氧化劑高錳酸鉀用量與干燥方式對(duì)產(chǎn)物剝離程度的影響。通過透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)等對(duì)GO的形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果表明:GO呈現(xiàn)片層結(jié)構(gòu)，尺寸在500nm左右，片層厚度約為1

3、.24nm;通過傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)、光電子能譜(XPS)、紫外可見光譜(UV-vis)等對(duì)GO的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，結(jié)果表明:GO含有大量的含氧官能團(tuán)，包括羥基、環(huán)氧基和羧基，為GO的改性提供了反應(yīng)位點(diǎn)。
　　(2)制備了聚丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯（PBA-MMA-GMA）乳液，以乳化劑種類、配比和用量，交聯(lián)單體用量等為因素，優(yōu)化了乳液聚合工藝。通過物理共混法將GO引入到PBA-MMA-GMA

4、乳液中，制備了PBA-MMA-GMA/GO復(fù)合乳液，考察了體系pH值、GO用量對(duì)PBA-MMA-GMA/GO復(fù)合乳液穩(wěn)定性及其成膜各項(xiàng)性能的影響，并將其應(yīng)用于織物涂料印花工藝中。結(jié)果表明:當(dāng)十二烷基硫酸鈉與支鏈仲醇聚氧乙烯醚（TMN-10）質(zhì)量比為8∶2，用量為2.5％，GMA用量為2.0％，采用先乳化MMA和GMA，后乳化BA的方法，通過連續(xù)乳液聚合法制備的PBA-MMA-GMA乳液綜合性能最優(yōu)。當(dāng)pH值高于6時(shí)，PBA-MMA-GM

5、A/GO復(fù)合乳液穩(wěn)定性良好。當(dāng)GO用量為0.7％時(shí)，成膜的斷裂強(qiáng)力提高25％;當(dāng)GO用量為0.9％時(shí)，成膜的熱分解溫度提高9.6℃，Tg提高14.3℃。與PBA-MMA-GMA涂料印花織物的性能相比，GO的加入可使涂料印花織物的干濕摩擦色牢度提高半級(jí)，但柔軟度有所降低。
　　(3)為了提高GO和聚丙烯酸酯基體之間的相互作用，用丙烯酸、丙烯酸羥乙酯和丙烯酰胺作為功能性單體，分別制備含羧基、羥基和酰胺基的皮革用PBA-MMA-AA乳液

6、、PBA-MMA-HEA乳液和PBA-MMA-AM乳液，對(duì)三種乳液的性能進(jìn)行了優(yōu)化。以GO為原料，采用Hoffman重排反應(yīng)制備了氨基化氧化石墨烯(NGO)。將NGO分別引入到三種聚丙烯酸酯乳液中，考察了pH值與NGO用量對(duì)復(fù)合乳液性能的影響，并將復(fù)合乳液用于皮革涂飾工藝中。結(jié)果表明:當(dāng)功能性單體用量為6％時(shí)，聚丙烯酸酯乳液性能最佳。采用FT-IR、TGA、XPS等手段對(duì)NGO進(jìn)行了表征，結(jié)果表明:通過Hoffman重排反應(yīng)對(duì)GO進(jìn)行了

7、氨基化改性，獲得了NGO;相比于乙二胺，采用氨水為改性劑所制備的NGO分散性更好。當(dāng)pH值高于6時(shí)，PBA-MMA-AA/NGO復(fù)合乳液和PBA-MMA-HEA/NGO復(fù)合乳液穩(wěn)定性良好，然而NGO會(huì)使得PBA-MMA-AM/NGO復(fù)合乳液產(chǎn)生沉淀。這是由于pH值小于6時(shí)，NGO和三種乳液的帶電性相反;pH值高于6時(shí)，NGO與PBA-MMA-AA和PBA-MMA-HEA的帶電性相同，與PBA-MMA-AM的帶電性相反。與未加NGO乳液的

8、成膜相比，NGO使PBA-MMA-AA/NGO和PBA-MMA-HEA/NGO復(fù)合乳液成膜的斷裂強(qiáng)力提高了179％和65％，熱分解溫度提高了9.2℃和5.0℃，Tg提高了4.3℃和2.6℃。NGO的引入可使兩種復(fù)合乳液涂飾革樣的干擦牢度提高1級(jí)以上，但衛(wèi)生性能有所降低。
　　(4)通過酰氯化反應(yīng)處理GO，進(jìn)而與丙烯酸羥乙酯接枝，制備了雙鍵化氧化石墨烯(DGO)。通過原位乳液聚合法將DGO引入PBA-MMA-AA乳液中，制備了PBA

9、-MMA-AA/DGO復(fù)合乳液?？疾炝说渭訒r(shí)間、固含量、DGO用量等因素對(duì)復(fù)合乳液性能的影響，并將復(fù)合乳液應(yīng)用于皮革涂飾工藝。結(jié)果表明:通過FT-IR、TGA、接觸角、XRD等表征手段證明成功地對(duì)GO進(jìn)行了雙鍵化的改性。PBA-MMA-AA/DGO復(fù)合乳液的最優(yōu)制備工藝是:先加入1/3引發(fā)劑，再滴加單體與剩余引發(fā)劑，乳化劑用量為2.7％，滴加時(shí)間為1h，DGO的加入量為0.1％，固含量為20％。TEM與SEM結(jié)果表明，PBA-MMA-A