石墨烯是一种新型的、由sp2杂化的碳原子形成的二维纳米材料,具有优异的物理、化学性能。除单独使用外,石墨烯还可作为一种纳米材料增强体填充于聚合物中,以期制备出高性能的复合材料。因此,如何绿色、高效制备高质量的石墨烯及功能化石墨烯对于其开发和应用至关重要。为此,本文首先采用液相剥离的基本理论,利用高压均质法,选用一系列新型的分散剂进行辅助剥离石墨粉,制备高质量的少层石墨烯,制备了不同含量的石墨烯/聚酰胺66(PA66)复合材料。尔后通过狄尔斯-阿尔德(D-A)反应直接对石墨烯进行了共价功能化,获得了与PA66之间混溶性良好改善的功能化石墨烯,并进一步制备了高性能的石墨烯/PA66复合纤维。
主要内容概述如下:(1)结合超声波和高压均质机处理的方法,选择N-甲基吡咯烷酮(NMP)/Na OH为分散体系,制备了高质量的少层石墨烯,石墨烯分散液浓度可达0.47 mg/m L。(2)选用水作为剥离介质,直接使用高压均质法制备了高质量少层石墨烯。对比了三种表面活性剂的剥离效果,发现吐温80(TW80)的剥离效果*好,*终石墨烯分散液浓度可达1.71 mg/m L,石墨烯单层率为34%。(3)选用聚苯乙烯-马来酸酐共聚物钠盐(SMA)为分散剂,绿色制备出了高质量石墨烯分散液,浓度为0.522 mg/m L。所得石墨烯用于增强PA66复合材料,当添加量为0.3 wt%时,断裂强度达到*大,相较于纯PA66提高了32.6%。(4)选用生物型化合物—单宁酸(TA)水溶液作为分散体系,采用直接高压均质的方法,制备石墨烯分散液,石墨烯浓度达1.16 mg/m L。当石墨烯含量为0.1wt%时,所制得的石墨烯/PA66复合纤维的断裂强度*大,为575.6 MPa。(5)利用D-A反应,选用马来酸酐(MA)、马来酸二胺(MDA)作为亲二烯体,对石墨烯进行共价功能化,首次研究了石墨烯尺寸对于D-A反应接枝率的影响。所得的功能化石墨烯能有效地改善与PA66基质的界面相互作用,大大提高了PA66纤维的各项性能。本研究为石墨烯的功能化提供了新思路,对于进一步扩大石墨烯基高聚物复合材料的应用领域具有重要的指导意义。
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