聚丙烯酸酯-改性氧化石墨烯復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，在機械、導熱、導電等方面有優(yōu)異的性能，被用于儲能、太陽能電池、超級電容器、復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用于聚合物基復合材料的研究。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，對復合材料的性能進行了考察，主要包括以下幾個方面:
　　(1)通過改進Hummers法制備了GO，考察了氧化劑高錳酸鉀用量與干燥方式對產(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GO的形貌進行了表征，結果表明:GO呈現(xiàn)片層結構，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GO的化學結構進行了表征，結果表明:GO含有大量的含氧官能團，包括羥基、環(huán)氧基和羧基，為GO的改性提供了反應位點。
　　(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復合乳液，考察了體系pH值、GO用量對PBA-MMA-GMA/GO復合乳液穩(wěn)定性及其成膜各項性能的影響，并將其應用于織物涂料印花工藝中。結果表明:當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pH值高于6時，PBA-MMA-GM

5、A/GO復合乳液穩(wěn)定性良好。當GO用量為0.7％時，成膜的斷裂強力提高25％;當GO用量為0.9％時，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，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，對三種乳液的性能進行了優(yōu)化。以GO為原料，采用Hoffman重排反應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用量對復合乳液性能的影響，并將復合乳液用于皮革涂飾工藝中。結果表明:當功能性單體用量為6％時，聚丙烯酸酯乳液性能最佳。采用FT-IR、TGA、XPS等手段對NGO進行了表征，結果表明:通過Hoffman重排反應對GO進行了

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pH值高于6時，PBA-MMA-AA/NGO復合乳液和PBA-MMA-HEA/NGO復合乳液穩(wěn)定性良好，然而NGO會使得PBA-MMA-AM/NGO復合乳液產(chǎn)生沉淀。這是由于pH值小于6時，NGO和三種乳液的帶電性相反;pH值高于6時，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復合乳液成膜的斷裂強力提高了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的引入可使兩種復合乳液涂飾革樣的干擦牢度提高1級以上，但衛(wèi)生性能有所降低。
　　(4)通過酰氯化反應處理GO，進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復合乳液。考察了滴加時間、固含量、DGO用量等因素對復合乳液性能的影響，并將復合乳液應用于皮革涂飾工藝。結果表明:通過FT-IR、TGA、接觸角、XRD等表征手段證明成功地對GO進行了雙鍵化的改性。PBA-MMA-AA/DGO復合乳液的最優(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％，滴加時間為1h，DGO的加入量為0.1％，固含量為20％。TEM與SEM結果表明，PBA-MMA-A