石墨烯-聚乳酸納米復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、聚乳酸(PLLA)是一種可生物降解材料，它有著廣闊的市場(chǎng)前景，因而被認(rèn)為是新世紀(jì)最有應(yīng)用前景的生物醫(yī)用材料和新型包裝材料。然而脆性、抗沖擊性差、耐熱性差等缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了聚乳酸的發(fā)展，將PLLA與具有優(yōu)異力學(xué)性能、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能以及生物相容性的碳納米材料復(fù)合進(jìn)行改性是目前研究的重點(diǎn)。碳納米材料中，石墨烯具有較高的比表面積，理論上少量的加入量就可以對(duì)聚合物基體性能產(chǎn)生顯著的影響，因此常用于聚合物的改性研究中。
　　 本論文采用溶液澆鑄

2、法，以實(shí)驗(yàn)室自制的石墨烯為填料，分別制備了純PLLA，原始石墨烯(p-EG)/PLLA和硅烷偶聯(lián)劑改性石墨烯(s-EG)/PLLA納米復(fù)合材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)形貌、力學(xué)性能、熱機(jī)械性能和結(jié)晶性能等做了詳細(xì)研究。
　　 首先，采用改進(jìn)的Humme rs法制備氧化石墨(GO)，然后采用高溫?zé)崤蛎浄▽?duì)制得的氧化石墨進(jìn)行還原得到熱剝離石墨烯(EG)。測(cè)試結(jié)果表明:GO具有較好的晶體結(jié)構(gòu)，其表面含有豐富的羥基、羧基、環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)。經(jīng)過(guò)高

3、溫?zé)釀冸x以后，EG呈黑色絮狀，其片層結(jié)構(gòu)被打破，含氧官能團(tuán)減少，且通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)觀察EG片層厚度，也發(fā)現(xiàn)其接近單片層的厚度，說(shuō)明EG剝離的比較充分。
　　 采用硅烷偶聯(lián)劑KH550對(duì)EG進(jìn)行表面改性，再將其與PLLA復(fù)合得到納米復(fù)合材料。FTIR圖譜表明KH550成功地接枝到EG表面，AFM圖也可以看到EG片層厚度增加，間接證明接枝上了硅烷分子鏈。此外可以看到EG在疏水性溶劑中的分散性得到了提高。研究了石墨烯納米材料

4、的加入和石墨烯硅烷偶聯(lián)劑處理對(duì)最終復(fù)合材料的性能影響。得出研究成果如下:與純PLLA相比，納米復(fù)合材料的拉伸性能、熱機(jī)械性能和結(jié)晶性能都有所提高。這主要是因?yàn)镋G起到了成核劑的作用，增強(qiáng)效果顯著。特別是EG經(jīng)過(guò)硅烷偶聯(lián)劑處理以后，雖然拉伸強(qiáng)度沒(méi)有提高，但是斷裂伸長(zhǎng)和彈性模量得到了提高。拉伸斷面掃描電鏡圖(SEM)顯示s-EG在PLLA樹(shù)脂基體內(nèi)分散比p-EG要好。動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)結(jié)果表明s-EG/PLLA納米復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量增