離子液體輔助分散石墨烯制備聚合物復合材料及其微孔發(fā)泡性能研究.pdf

1、石墨烯(graphene)由于其優(yōu)異的物理和化學性能，在不同領域都引起了廣泛的關注，在微孔發(fā)泡材料中的應用便是其中之一，石墨烯不僅在微孔發(fā)泡材料制備過程起到異相成核作用、優(yōu)化泡孔尺寸和結(jié)構，同時還賦予材料優(yōu)異的導電、介電以及電磁屏蔽功能，具有重要的應用前景。在這一領域，石墨烯在聚合物基體中的分散起著重要作用，既決定異相成核效率，又影響導電網(wǎng)絡的形成。然而，石墨烯在許多聚合物中均易形成團聚體，對其進行氧化處理、接枝改性能夠提高其分散性，但

2、會影響其電學性能。因此，如何保持石墨烯電學性能的情況下實現(xiàn)其在聚合物中的均勻分散成為該領域的重要研究方向。基于此，本論文利用離子液體中咪唑鹽與石墨烯的離子-π和π-π相互作用對石墨烯進行改性，促進石墨烯片層在聚合物基體中的分散，并利用離子液體的親二氧化碳性質(zhì)實現(xiàn)超臨界二氧化碳在石墨烯表面富集，提高異相成核效率，改善泡孔結(jié)構。在制備微孔發(fā)泡材料過程中，通過添加無機納米粒子作為異相成核劑，是一種降低泡孔尺寸、提高泡孔密度、改善材料微孔結(jié)構及

3、性能的重要方法。根據(jù)不同尺寸級別，出現(xiàn)了不同類型的異相成核劑材料，其中石墨烯作為納米粒子，在不同發(fā)泡材料中得到了應用。但是，無機納米粒子的異相成核效率受到無機納米粒子的尺寸、形貌、表面特性以及其與聚合物之間的相互作用的影響，而石墨烯本身容易團聚，因此提高石墨烯在聚合物基體中的分散性，提高其異相成核效率已成為該領域的重要研究方向。
　　本論文首先將離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸[BMIM][PF6]與石墨烯共混研磨實現(xiàn)非共價

4、鍵改性，改性后的石墨烯分別與聚苯乙烯(PS)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)熔融共混擠出得到石墨烯-離子液體/聚苯乙烯(PS/G-ILs)復合材料和石墨烯-離子液體/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA/G-ILs)復合材料，通過SEM及TEM對復合材料形貌結(jié)構表征表明石墨烯在離子液體的輔助下在聚合物中的分散性均得到了改善。進而對復合材料進行了超臨界CO2微孔發(fā)泡。通過對PS和PMMA復合體系發(fā)泡行為進行比較，我們發(fā)現(xiàn)，離子液體和石墨烯片層均對復合

5、材料發(fā)泡材料的結(jié)構有所影響。通常，離子液體在聚合物基體中起到增塑劑作用，導致發(fā)泡材料泡孔變大，泡孔密度變低，而石墨烯起到異相成核作用，會使泡孔尺寸變小，泡孔密度增大。離子液體與不同聚合物基體相容性不同，從而對聚合物的發(fā)泡行為以及石墨烯的分散存在影響，進一步導致PS和PMMA兩種復合材料體系的微孔發(fā)泡行為存在很大不同。離子液體與聚苯乙烯相容性差，單獨對聚苯乙烯的發(fā)泡影響小，但能有效地分散石墨烯，石墨烯的異相成核作用導致聚苯乙烯復合材料的泡

6、孔尺寸小，泡孔密度高。而離子液體與PMMA相容性較好，雖然分散的石墨烯能夠降低泡孔尺寸，但當離子液體含量高時，復合材料仍會出現(xiàn)較大的泡孔尺寸和較低的泡孔密度。因此，PMMA復合發(fā)泡材料隨著離子液體比例的增大，其泡孔尺寸先變小后變大再變小。
　　此外，為了制備具有取向微孔結(jié)構以及石墨烯片層的復合發(fā)泡材料，論文還對復合材料在受限條件下的發(fā)泡行為進行了研究，分別采用了快速泄壓和快速升溫兩種發(fā)泡方式實現(xiàn)微孔發(fā)泡，通過固定受限空間以及施加外