氧化石墨烯/聚碳酸亚丙酯复合材料的制备与性能研究

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近年来,塑料制品的广泛应用给人们带来了诸多方便,但由于塑料制品的废弃物很难降解导致出现了如白色污染、温室效应等严重的环境问题。聚碳酸亚丙酯(PPC)是由CO2与环氧丙烷共聚而成的一种脂肪族聚碳酸酯,是可以完全生物降解的新型材料,因此,PPC材料受到了许多科研人员的关注,成为近些年来的研究热点,这对于可持续发展具有非常重要的实际意义。本课题首先采用Hummers法得到氧化石墨,再通过超声剥离法得到氧化石墨烯(GO),然后用硅烷偶联剂KH550对GO进行接枝改性,制备出改性氧化石墨烯(MGO),最后通过溶液共混法分别获得GO/PPC和MGO/PPC复合材料,研究了GO、MGO对复合材料力学性能、热性能和水蒸气阻隔性能的影响。主要结论如下:制得的GO表面含有大量含氧官能团,且超声处理没有破坏氧化石墨表面的官能团,制备的GO在厚度方向上达到了纳米级,粒径主要分布在60-100nm之间。经过KH550接枝改性后,MGO的羰基吸收峰从原来的1718cm-1处移动到了1678cm-1处,说明GO与KH550间形成了酰胺键,根据红外和XRD的分析,表明KH550已成功接枝在了GO表面。当GO含量为0.5wt%时,GO/PPC复合材料的玻璃化转变温度为26.9℃,达到了最大值,与纯PPC相比提高7.5℃;当GO含量为0.75wt%时,复合材料的T5%和T50%热分解温度分别提高了16℃和26℃,GO/PPC复合材料的拉伸强度达到最大值9.0MPa,水蒸气透过量由69.076g/(m2·24h)降低为51.128g/(m2·24h)。由复合材料的SEM分析可知:与GO/PPC复合材料相比,MGO/PPC复合材料中的MGO在含量达到3.0wt%时才发生团聚现象,说明改性后的MGO在PPC基体中的分散性明显优于改性后的GO。当MGO含量为1.0wt%时,MGO/PPC复合材料的玻璃化转变温度与纯PPC相比提高10.7℃;当MGO含量为2.0wt%时,MGO/PPC复合材料的T5%和T50%热分解温度与纯PPC相比分别提高了19℃和56℃;当MGO含量为1.75wt%时,MGO/PPC复合材料的拉伸强度达到最大值16.4MPa,约为纯PPC拉伸强度的2.85倍;当MGO含量为1.5wt%时,复合材料的水蒸气透过量最低,由69.076g/(m2·24h)降低为32.692g/(m2·24h)。实验结果证明,通过溶液共混法制备的MGO/PPC复合材料,可以明显提高纯PPC材料的热性能和力学性能。
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