本文關鍵詞：利用超支化聚乙烯及其共聚物高效制備石墨烯及其相關應用

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【摘要】：石墨烯具有一系列優(yōu)異的性能,利用其對聚合物進行復合改性,可顯著提高后者的使用性能,并使其獲得豐富的功能。然而,要實現(xiàn)石墨烯在聚合物改性領域中的規(guī)�；瘧�,仍需研究低缺陷石墨烯的高效可控制備技術,及其在聚合物基體中的分散規(guī)律和界面作用等問題。本論文利用后過渡金屬催化劑α-二亞胺鈀(Pd-diimine)在溫和條件下分別催化乙烯均聚和共聚,基于獨特的鏈“行走”聚合機理合成獲得了超支化聚乙烯(HBPE)及其共聚物,系統(tǒng)研究了所得聚合物在低沸點有機溶劑中借助超聲制備石墨烯的相關規(guī)律,并考察了所得石墨烯對兩類聚合物基體的復合改性作用,具體內容如下:(1)利用Pd-diimine催化劑在乙烯壓力0.1 MPa、溫度35°C下催化乙烯聚合24 h,獲得HBPE。隨后以所得HBPE為穩(wěn)定劑,在氯仿中通過超聲剝離天然石墨獲得石墨烯分散液,通過透射電鏡(TEM)、Raman光譜和X-射線光電子能譜(XPS)對所得石墨烯的微觀形貌和結構進行了表征;進一步通過所得石墨烯分散液與聚苯乙烯(PS)按比例溶液復合,以及隨后的澆鑄成膜工藝制得不同石墨烯比例下的系列復合薄膜,通過掃描電鏡(SEM)和廣角X射線衍射(WAXRD)技術對所得復合材料中石墨烯的分散狀態(tài)進行了考察,并對所得復合材料的導電、導熱、力學、耐熱及氣體阻隔性能進行了評價。研究發(fā)現(xiàn):所得石墨烯厚度在5層以下,橫向尺寸主要分布于0.1~0.4μm,結構缺陷少(其c/o原子比達26.7);借助非共價ch-π作用,部分hbpe可穩(wěn)固吸附于石墨烯表面,從而使所得石墨烯可均勻分散于ps基體中。添加少量所得石墨烯即可顯著提高ps的導電、導熱和氣體阻隔性能,對應于石墨烯填充比例為1.64vol%,改性后ps的導熱系數(shù)較改性前提高近10倍,表面電阻率下降5個數(shù)量級;對應于石墨烯填充比例為5.0wt%,所得薄膜的氧氣相對滲透系數(shù)降至改性前的75%。(2)利用pd-diimine催化劑催化乙烯和1,4-丁二醇二丙烯酸酯(bda)共聚,在乙烯壓力0.1mpa、溫度25°c下聚合24h獲得含多重丙烯酰基的超支化聚乙烯共聚物(hbpe@acryl),通過凝膠滲透色譜(gpc)、氫核磁共振波譜(1hnmr)、動態(tài)光散射(dls)和熔融流變分析對所得共聚物的結構與組成進行了表征。進一步利用所得共聚物在氯仿中借助超聲剝離天然石墨制得一系列石墨烯分散液,通過紫外-可見光譜(uv-vis)、tem、raman光譜和xps技術對所得石墨烯的濃度及結構進行了表征,系統(tǒng)考察了投料比例、溶劑類型、超聲時間等參數(shù)對石墨烯制備效率的影響,并對所得石墨烯與共聚物間的相互作用進行了研究。結果表明:所得共聚物具有高度支化結構,其支鏈密度達85branches/1000c;其分子量分布較窄(pdi:1.26),同時含多重丙烯�；�(每100個乙烯結構單元含2.59個所述基團);利用所得共聚物在THF或氯仿中可高效剝離天然石墨獲得穩(wěn)定的石墨烯分散液,通過工藝優(yōu)化,所得石墨烯最高濃度可達0.44mg/mL,具有厚度薄(5層以下)、結構缺陷少等優(yōu)點,同時與共聚物之間存在穩(wěn)固的非共價CH-π作用,使部分共聚物可穩(wěn)固吸附于石墨烯表面。(3)在上述(2)的基礎上,通過所得石墨烯分散液與聚乳酸(PLA)按比例溶液復合及隨后的澆鑄成膜,制得一系列不同石墨烯含量的PLA復合薄膜,對其微觀結構進行了表征,并對其導電、耐熱、熔融結晶及氣體阻隔性能進行了評價。研究發(fā)現(xiàn):所得石墨烯在PLA基體中存在一定團聚現(xiàn)象,石墨烯的引入后,PLA的熔點化不大,耐熱性能和結晶度略有提高;同時,石墨烯的引入可顯著提高PLA膜的導電和氧氣阻隔性能,對應于石墨烯填充比例為3.0 wt%,所得復合薄膜的表面電阻率降至2.6×105 ohm/sq,其氧氣相對透過系數(shù)較改性前降低55%,然而改性后薄膜的透光率顯著下降。
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11

【參考文獻】

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本文編號：1289578