原位聚合及超臨界流體中超聲輔助制備石墨烯-PMMA復(fù)合材料及性能研究.pdf

1、高分子材料成本低、來源廣、制備簡(jiǎn)單、外表美觀等優(yōu)點(diǎn)使其在生活中有廣泛的應(yīng)用，特別地，具有抗靜電性的聚合物在要求比較精細(xì)的領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。二維材料石墨烯超大的比表面積、較高的電子遷移速率、良好的化學(xué)性能、良好的熱導(dǎo)性、高彈性模量和機(jī)械強(qiáng)度等許多優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)使其在制備石墨烯/高分子復(fù)合材料有非常大的理論研究價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。
　　首先，本文采用超聲輔助超臨界二氧化碳條件下剝離石墨制備石墨烯的方法，制備出層數(shù)比較少，尺寸比

2、較大的石墨烯后，采用原位聚合的方法，將石墨烯和甲基丙烯酸通過超聲共混后加入引發(fā)劑聚合，通過改變反應(yīng)溫度、引發(fā)劑含量制備了不同含量的石墨烯-聚甲基丙烯酸甲酯（Graphene/PMMA）復(fù)合材料。采用原子力顯微鏡(AFM)、透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、紅外光譜圖（IR）和X射線衍射（XRD）等手段對(duì)Graphene/PMMA的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，復(fù)合材料的機(jī)械拉伸性能、熱力學(xué)穩(wěn)定性和導(dǎo)電率分別采用拉力機(jī)和四探針金

3、屬/半導(dǎo)體電阻率測(cè)量儀器測(cè)定。結(jié)果表明成功制備得到Graphene/PMMA復(fù)合材料。加入石墨烯后，PMMA的彈性模量、最大拉伸應(yīng)變、熱穩(wěn)定性都得到提高；當(dāng)石墨烯含量由零增加到1 wt.%時(shí)，復(fù)合材料的電導(dǎo)率由10-14 S/cm提高至8.89×10-2 S/cm，即PMMA由絕緣材料改性為導(dǎo)電材料。
　　研究發(fā)現(xiàn)，在原位聚合過程中，引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基分布不均勻會(huì)使鏈終止提前形成不飽和雙鍵聚合物，針對(duì)此限制，本文提出了在超臨界二氧

4、化碳條件下，通過超聲引發(fā)甲基丙烯酸甲酯（MMA）聚合制備聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的新方法。本文研究了超臨界 CO2條件下，超聲波強(qiáng)度、反應(yīng)時(shí)間對(duì)PMMA的分子量和產(chǎn)率的影響。發(fā)現(xiàn)超臨界二氧化碳體系中，存在引發(fā)反應(yīng)的超聲強(qiáng)度的閾值和最優(yōu)值，閾值為150 W/cm2，最優(yōu)超聲強(qiáng)度值為225 W/cm2。超聲引發(fā)聚合的超聲時(shí)間也有一個(gè)最優(yōu)值，綜合反應(yīng)產(chǎn)率和產(chǎn)品分子量，超聲引發(fā)2h是合適的引發(fā)反應(yīng)時(shí)間。
　　在超聲引發(fā)合成PMMA的基

5、礎(chǔ)上，研究了通過超聲引發(fā)混合制備Graphene/PMMA復(fù)合材料。超聲引發(fā)制備的Graphene/PMMA復(fù)合材料的SEM、IR、XRD結(jié)果與原位聚合制備的Graphene/PMMA復(fù)合材料一致。超聲引發(fā)制備的PMMA和復(fù)合物材料的TG和DTG表征結(jié)果顯示，與原位聚合中化學(xué)引發(fā)劑產(chǎn)生的自由基相比，超聲引發(fā)產(chǎn)生的自由基分布更為均勻，不會(huì)生成不飽和雙鍵聚合物。當(dāng)石墨烯含量為1 wt.%時(shí)超聲引發(fā)制備的Graphene/PMMA復(fù)合材料的的