石墨烯-聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂的合成及其性能研究.pdf

1、石墨烯(Gr)是一種片層狀的碳納米材料，具有極高的比表面積、超高的機(jī)械強(qiáng)度、超強(qiáng)的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能等特點(diǎn)，在電子、能源、材料以及生物化學(xué)等方面具有非常廣泛的研究和應(yīng)用，已被國內(nèi)外眾多研究機(jī)構(gòu)列為21世紀(jì)最有前途的材料之一。而聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)制品具有機(jī)械強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好、加工性能好及化學(xué)穩(wěn)定性佳等優(yōu)點(diǎn)，在國民生產(chǎn)生活中具有廣泛的應(yīng)用。將石墨烯與聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯二者復(fù)合，開發(fā)石墨烯/聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂(Gr/PET)

2、新材料，國內(nèi)外研究尚少。本文旨在開發(fā)石墨烯/聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂材料，并研究其加工性能與結(jié)晶性能，為石墨烯/聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂的應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和技術(shù)支持。
　　本文采用原位聚合法，以石墨烯為改性劑，合成了石墨烯/聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯改性樹脂。使用激光粒度分析儀(DLS)、掃描電子顯微鏡(SEM)與傅里葉紅外光譜儀(FT-IR)分析表征了石墨烯的粒徑及微結(jié)構(gòu)以及改性聚酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)。采用熱臺(tái)偏光顯微鏡、差示掃描量熱儀(DS

3、C)、X射線衍射儀(XRD)及熱重分析儀(TG)研究了改性聚酯的結(jié)晶形態(tài)、等溫結(jié)晶生長規(guī)律、結(jié)晶性能、晶型結(jié)構(gòu)及熱性能。用雙柱毛細(xì)管流變儀測(cè)試研究了石墨烯改性聚酯的剪切流變性能。主要結(jié)論如下：
　　1.選用乙二醇銻為催化劑，將超聲分散的石墨烯通過原位聚合的方式加入到聚酯PET中，成功合成了一系列不同石墨烯含量的石墨烯/聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂。掃描電鏡與激光粒度儀測(cè)試分析可知，石墨烯經(jīng)超聲分散后，粒徑減小。FT-IR測(cè)試結(jié)果表明，

4、所使用的石墨烯表面仍帶有少量羥基、羧基及環(huán)氧基等活性基團(tuán)。石墨烯/聚酯PET的紅外光譜與特性黏數(shù)測(cè)試結(jié)果表明，在合成中石墨烯的加入，并不影響聚酯主鏈結(jié)構(gòu)，但使其特性黏數(shù)有所降低，都可達(dá)到0.6dL/g。
　　2. X射線衍射測(cè)試表明，石墨烯微粒的加入不改變PET的晶型結(jié)構(gòu)，但使得晶粒尺寸與晶面間距都有所減小。隨著石墨烯含量的增加，晶粒尺寸分布變窄，尺寸趨于一致。與純PET相比，加入少量石墨烯的PET球晶數(shù)目增多，尺寸減小，球晶堆砌

5、密集，石墨烯表現(xiàn)出高效的異相成核作用。此外，石墨烯的加入提高了材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg和熔點(diǎn)Tm，可使其結(jié)晶溫度及結(jié)晶度得到提高。與純PET相比，添加了0.3％石墨烯的改性聚酯的Tg增加了2.6℃，Tm提高了7℃。當(dāng)石墨烯含量為0.05%時(shí)，改性聚酯的結(jié)晶溫度比純PET提高了約19%，當(dāng)石墨烯含量為0.1%時(shí)，改性聚酯的結(jié)晶度由純PET的26.9%提高到29.6%。非等溫結(jié)晶研究表明，隨降溫速率的增加，結(jié)晶行為存在滯后現(xiàn)象，結(jié)晶溫度降低

6、，結(jié)晶峰變寬，半結(jié)晶時(shí)間t1/2減小。TG曲線表明，加入石墨烯后，聚酯的起始分解溫度與停止分解溫度均有所提高，說明石墨烯的加入可以提高PET的熱穩(wěn)定性。
　　3.剪切流變結(jié)果表明，石墨烯的加入并未改變聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂熔體的流動(dòng)類型，石墨烯/聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯樹脂熔體仍為切力變稀流體。但石墨烯含量對(duì)熔體表觀黏度與非牛頓指數(shù)有較大的影響。隨著石墨烯含量的增多，熔體流動(dòng)阻力增大，聚酯熔體的表觀黏度呈逐漸增大的趨勢(shì)。在500s-