高内相乳液模板法制备石墨烯/聚合物复合多孔材料
高内相乳液(HIPE)模板法制备多孔材料(polyHIPE)由于其制备工艺简单、形态可精确控制、应用范围广而成为研究热点，但其力学性能受到高孔隙率和孔间连通性的限制。石墨烯作为具有独特结构和出色的力学、热学、电学等性能的纳米材料，可被用于对多种聚合物材料进行改性和增强。本论文设计了不同的方法，制备一系列具有石墨烯/聚合物复合结构的polyHIPE，对其产物结构与性能进行了系统研究;除此以外，应用微流变分析手段，对不同条件下不同HIPE体系中的聚合反应过程做了一定探索研究。本文主要内容如下: 1.实现了还原石墨烯/聚合物复合多孔材料的“一锅法”合成:制得内相分数为90 wt％的W/O型HIPE，HIPE的水相（内相）由GO与化学计量的水溶性还原剂如乙二胺(EDA)等组成，油相（外相）由引发剂、乳化剂、可聚合的乙烯基单体组成。乳液可通过外相中单体的自由基聚合固化形成多孔泡沫。同时，在内相中还原剂与GO反应，原位生成疏水性的还原改性石墨烯(EmGO)，形成具有复合结构的孔壁。制备得到的复合多孔材料具有连通的孔结构，系统研究了EmGO浓度对泡孔特征几何尺寸的影响。复合孔壁的形成使得材料的机械、介电、热稳定等性能都得到不同程度的提高。在此基础上，进一步引入Fe3O4粒子制备EmGO/Fe3O4协同改性polyHIPE。此外，对GO的不同还原剂对HIPE的稳定性的影响也进行了研究。 2.实现了氧化石墨烯/聚合物复合多孔材料的“两步法”合成:首先通过静电吸附制备了阳离子乳化剂溴化十六烷基三甲铵(CTAB)改性GO(CmGO)，其次再将CmGO引入HIPE制备多孔复合材料。所制备的polyHIPE具有特征的连通大孔结构。CmGO对polyHIPE的多孔形貌无明显影响。复合后材料的压缩模量比之纯聚合物大大提高，且随CmGO浓度的提高而增加。在此基础上，进一步引入聚乳酸纤维，制备其与CmGO协同改性的polyHIPE。 3.证明了微流变法是一种有效的适用于HIPE聚合过程的监测手段。通过微观粒子均方位移(MSD)曲线，可以计算出不同体系在不同制备条件下的黏度、弹性及结构方面的变化，推测与分子网络形成有关，即物理凝胶逐渐转化为化学交联的网络。通过弹性因子(EI)曲线分析可以将反应可分为三个阶段。不同体系的EI值与孔径有很大关系，故而造成孔径变化的条件如内相分数、单体比例、乳化剂用量、反应温度等因素都将对其造成影响。
石墨烯;纳米复合材料;微流变;多孔材料;聚合物
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
李效玉
2015
中文
TB324;TB332
102
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）