還原氧化石墨烯在不相容共混物PLA-EVA中的選擇性分布及其調(diào)控機(jī)制.pdf

1、聚合物共混改性可以改善單一聚合物性能局限的缺點(diǎn)，加入合適的其他聚合物改性，可以揚(yáng)長(zhǎng)避短，既保持基體組分材料的主要優(yōu)異特點(diǎn)，又具有基體材料原本沒(méi)有的新性能，得出比原組分性能優(yōu)異、功能完善的新型材料。熱力學(xué)上相容的聚合物對(duì)非常少，大部分是不相容的。把無(wú)機(jī)納米粒子引入到不相容共混物中，進(jìn)一步解決無(wú)機(jī)粒子的分散和分布的問(wèn)題，就能對(duì)聚合物共混物起到增強(qiáng)增韌、賦予新功能的效果。石墨烯(graphene)自從被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于其具有獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)，優(yōu)異

2、的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)性能而引起人們極大關(guān)注。而聚乳酸(Polylactic acid，PLA)具有優(yōu)異的可降解性、生物相容性、力學(xué)性能等，是新興的綠色無(wú)污染材料之一，然而存在脆性的缺點(diǎn)影響其應(yīng)用，對(duì)其添加彈性體進(jìn)行改性具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。而乙烯-醋酸乙烯共聚物(Ethylene-co-vinyl acetate，EVA)則是韌性優(yōu)異的彈性體。本論文以PLA/EVA不相容共混物作為研究對(duì)象，還原的氧化石墨烯(Reduced-graphene

3、 oxides，r-GOs)作為填料，通過(guò)兩步法來(lái)制備PLA/EVA/r-GOs三元納米復(fù)合材料。從熱力學(xué)因素和動(dòng)力學(xué)因素兩方面研究了r-GOs在PLA/EVA中的選擇性分布行為，并討論了r-GOs在PLA/EVA不相容共混物中不同的選擇性分布對(duì)三元納米復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形貌和導(dǎo)電性能的影響。得到主要研究成果如下:
　　(1)在PLA/r-GOs中引入EVA，通過(guò)掃描電子顯微鏡(Scanning electronmicroscop

4、y，SEM)、透射電子顯微鏡(Transmission electron microscope，TEM)觀察了r-GOs在PLA/EVA共混物中的選擇性分布，并討論了PLA/r-GOs二元納米復(fù)合材料和PLA/EVA/r-GOs三元納米復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。研究發(fā)現(xiàn)，EVA的引入誘導(dǎo)了r-GOs的剝離和分散，可以使r-GOs在PLA基體中的分散情況得到改善，在PLA/EVA兩相界面上穩(wěn)定分布，包裹在EVA微球顆粒表面。與PLA/r-GOs

5、二元納米復(fù)合材料相比，PLA/EVA/r-GOs三元納米復(fù)合材料的電阻率降低了10個(gè)數(shù)量級(jí)，導(dǎo)電逾滲閾值也大幅度降低。
　　(2)利用不同的混料順序?qū)-GOs引入到PLA/EVA不相容共混物中，以PLA/r-GOs為母料，通過(guò)兩步法制備得到的PLA/EVA/r-GOs三元納米復(fù)合材料中，r-GOs選擇性分布在PLA/EVA兩相界面上，這點(diǎn)與熱力學(xué)角度計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果一致。而在以EVA/r-GOs為母料的EVA/PLA/r-GOs三元

6、納米復(fù)合材料中，r-GOs的選擇性分布在EVA相中。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，系統(tǒng)的研究了r-GOs的選擇性分布機(jī)理，主要與r-GOs的界面穩(wěn)定性、粘度比變化有關(guān)，相較于r-GOs在EVA中分布的復(fù)合材料，當(dāng)r-GOs在兩相界面分布時(shí)，三元納米復(fù)合材料的電阻率和導(dǎo)電逾滲閾值都大幅度下降。
　　(3)將三種不同尺寸的r-GOs引入到PLA/EVA不相容共混物中，調(diào)控熔融混料時(shí)間，表征在不同共混時(shí)間下的PLA/EVA/r-GOs三元納米復(fù)合材料的

7、形貌特征以及r-GOs的選擇性分布，來(lái)研究r-GOs的尺寸和加工時(shí)間對(duì)r-GOs遷移過(guò)程的影響。在三種不同r-GOs尺寸的PLA/EVA/r-GOs復(fù)合材料中，隨著加工時(shí)間增長(zhǎng)，越來(lái)越多的r-GOs遷移至兩相界面上，大尺寸r-GOs要比小尺寸r-GOs遷移的慢。三種尺寸的PLA/EVA/r-GOs復(fù)合材料的體積電阻率都隨著加工時(shí)間的增加而下降。導(dǎo)電性顯然與r-GOs在共混物中的分布有關(guān)，但當(dāng)r-GOs尺寸足夠大時(shí)，這種相關(guān)性則會(huì)有所減弱