發(fā)布時(shí)間：2018-08-12 14:09

【摘要】：石墨烯(graphene)由于其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能,在不同領(lǐng)域都引起了廣泛的關(guān)注,在微孔發(fā)泡材料中的應(yīng)用便是其中之一,石墨烯不僅在微孔發(fā)泡材料制備過程起到異相成核作用、優(yōu)化泡孔尺寸和結(jié)構(gòu),同時(shí)還賦予材料優(yōu)異的導(dǎo)電、介電以及電磁屏蔽功能,具有重要的應(yīng)用前景。在這一領(lǐng)域,石墨烯在聚合物基體中的分散起著重要作用,既決定異相成核效率,又影響導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成。然而,石墨烯在許多聚合物中均易形成團(tuán)聚體,對(duì)其進(jìn)行氧化處理、接枝改性能夠提高其分散性,但會(huì)影響其電學(xué)性能。因此,如何保持石墨烯電學(xué)性能的情況下實(shí)現(xiàn)其在聚合物中的均勻分散成為該領(lǐng)域的重要研究方向。基于此,本論文利用離子液體中咪唑鹽與石墨烯的離子-π和π-π相互作用對(duì)石墨烯進(jìn)行改性,促進(jìn)石墨烯片層在聚合物基體中的分散,并利用離子液體的親二氧化碳性質(zhì)實(shí)現(xiàn)超臨界二氧化碳在石墨烯表面富集,提高異相成核效率,改善泡孔結(jié)構(gòu)。在制備微孔發(fā)泡材料過程中,通過添加無機(jī)納米粒子作為異相成核劑,是一種降低泡孔尺寸、提高泡孔密度、改善材料微孔結(jié)構(gòu)及性能的重要方法。根據(jù)不同尺寸級(jí)別,出現(xiàn)了不同類型的異相成核劑材料,其中石墨烯作為納米粒子,在不同發(fā)泡材料中得到了應(yīng)用。但是,無機(jī)納米粒子的異相成核效率受到無機(jī)納米粒子的尺寸、形貌、表面特性以及其與聚合物之間的相互作用的影響,而石墨烯本身容易團(tuán)聚,因此提高石墨烯在聚合物基體中的分散性,提高其異相成核效率已成為該領(lǐng)域的重要研究方向。本論文首先將離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸[bmim][pf6]與石墨烯共混研磨實(shí)現(xiàn)非共價(jià)鍵改性,改性后的石墨烯分別與聚苯乙烯(ps)和聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)熔融共混擠出得到石墨烯-離子液體/聚苯乙烯(ps/g-ils)復(fù)合材料和石墨烯-離子液體/聚甲基丙烯酸甲酯(pmma/g-ils)復(fù)合材料,通過sem及tem對(duì)復(fù)合材料形貌結(jié)構(gòu)表征表明石墨烯在離子液體的輔助下在聚合物中的分散性均得到了改善。進(jìn)而對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了超臨界co2微孔發(fā)泡。通過對(duì)ps和pmma復(fù)合體系發(fā)泡行為進(jìn)行比較,我們發(fā)現(xiàn),離子液體和石墨烯片層均對(duì)復(fù)合材料發(fā)泡材料的結(jié)構(gòu)有所影響。通常,離子液體在聚合物基體中起到增塑劑作用,導(dǎo)致發(fā)泡材料泡孔變大,泡孔密度變低,而石墨烯起到異相成核作用,會(huì)使泡孔尺寸變小,泡孔密度增大。離子液體與不同聚合物基體相容性不同,從而對(duì)聚合物的發(fā)泡行為以及石墨烯的分散存在影響,進(jìn)一步導(dǎo)致ps和pmma兩種復(fù)合材料體系的微孔發(fā)泡行為存在很大不同。離子液體與聚苯乙烯相容性差,單獨(dú)對(duì)聚苯乙烯的發(fā)泡影響小,但能有效地分散石墨烯,石墨烯的異相成核作用導(dǎo)致聚苯乙烯復(fù)合材料的泡孔尺寸小,泡孔密度高。而離子液體與pmma相容性較好,雖然分散的石墨烯能夠降低泡孔尺寸,但當(dāng)離子液體含量高時(shí),復(fù)合材料仍會(huì)出現(xiàn)較大的泡孔尺寸和較低的泡孔密度。因此,PMMA復(fù)合發(fā)泡材料隨著離子液體比例的增大,其泡孔尺寸先變小后變大再變小。此外,為了制備具有取向微孔結(jié)構(gòu)以及石墨烯片層的復(fù)合發(fā)泡材料,論文還對(duì)復(fù)合材料在受限條件下的發(fā)泡行為進(jìn)行了研究,分別采用了快速泄壓和快速升溫兩種發(fā)泡方式實(shí)現(xiàn)微孔發(fā)泡,通過固定受限空間以及施加外力實(shí)現(xiàn)泡孔生長(zhǎng)取向,系統(tǒng)考察了發(fā)泡溫度、飽和壓力、受限空間大小等對(duì)泡孔結(jié)構(gòu)的影響。研究表明:在受限空間內(nèi)發(fā)泡能夠得到具有部分取向結(jié)構(gòu)的微孔發(fā)泡材料,空間越小,泡孔取向越明顯,但取向的泡孔結(jié)構(gòu)多在邊緣處。采用快速升溫發(fā)泡同時(shí)施加外力的方法能夠促進(jìn)泡孔結(jié)構(gòu)的形成,同時(shí)生成取向的泡孔結(jié)構(gòu),TEM表明石墨烯片層會(huì)沿泡孔生長(zhǎng)方向發(fā)生取向,說明這種方法在制備同時(shí)具有取向孔及石墨烯片層的復(fù)合發(fā)泡材料上具有一定的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。
[Abstract]:Graphene has attracted extensive attention in various fields due to its excellent physical and chemical properties. The application of graphene in microporous foaming materials is one of them. Graphene not only plays a heterogeneous nucleation role in the preparation of microporous foaming materials, optimizes the size and structure of the foam, but also gives materials excellent conductivity and dielectric properties. In this field, the dispersion of graphene in polymer matrix plays an important role, which determines the heterogeneous nucleation efficiency and affects the formation of conductive network. However, graphene is easy to form aggregates in many polymers, which can be oxidized and modified by grafting. Therefore, how to realize the uniform dispersion of graphene in polymer under the condition of keeping the electrical properties of graphene becomes an important research direction in this field. Based on this, this paper uses the ion-pi and pi-pi interaction of imidazole salt and graphene in ionic liquids to modify graphene and promote graphene. Dispersion of lamellae in polymer matrix, enrichment of supercritical carbon dioxide on graphene surface by ionic liquids, enhancement of heterogeneous nucleation efficiency and improvement of cell structure are realized. In the process of preparing microporous foaming materials, inorganic nanoparticles are added as heterogeneous nucleating agents, which can reduce cell size and improve cell structure. Different types of heterogeneous nucleating agent materials have emerged according to different size levels. Graphene, as a nanoparticle, has been used in different foaming materials. However, the heterogeneous nucleation efficiency of inorganic nanoparticles is affected by the size and morphology of inorganic nanoparticles. Graphene is easy to agglomerate due to its surface properties and interaction with polymers. Therefore, improving the dispersion and heterogeneous nucleation efficiency of graphene in polymer matrix has become an important research direction in this field. Graphene-ionic liquid / polystyrene (ps / g-ils) composites and graphene-ionic liquid / polymethyl methacrylate (pmma / g-ils) composites were prepared by melt blending and extrusion of modified graphene with polystyrene (ps) and polymethyl methacrylate (pmma / g-ils), respectively. The morphological and structural characterization of the composites showed that the dispersibility of graphene in the polymer was improved with the assistance of ionic liquids. The supercritical carbon dioxide microporous foaming was carried out on the composites. In general, ionic liquids act as plasticizers in polymer matrix, resulting in larger foam pores and lower cell density, while graphene acts as heterogeneous nucleation, resulting in smaller cell size and higher cell density. In order to improve the dispersion of graphene, the microporous foaming behavior of PS and PMMA composites is very different. ionic liquids have poor compatibility with polystyrene and have little effect on the foaming of polystyrene, but they can disperse graphene effectively. The heterogeneous nucleation of graphene results in polystyrene composites. Although dispersed graphene can reduce the cell size, when the content of ionic liquids is high, the composite still has larger cell size and lower cell density. Therefore, with the increase of the proportion of ionic liquids, the foam size of PMMA composite foaming materials increases. In addition, in order to prepare composite foaming materials with oriented microporous structure and graphene lamellae, the foaming behavior of the composites under confined conditions was studied. Two foaming methods, rapid pressure relief and rapid temperature rise, were adopted to realize microporous foaming, and the confined space was fixed. The effects of foaming temperature, saturation pressure and confined space size on the structure of the foam were investigated systematically. The results showed that microporous foams with partially oriented structure could be obtained in confined space. The smaller the space, the more obvious the orientation of the foam was, but the oriented structure of the foam was mostly at the edge. TEM indicates that the graphene lamellae will be oriented along the direction of the bubble growth, which indicates that this method has certain advantages and applications in the preparation of composite foam materials with both oriented pores and graphene lamellae. Prospects.
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB332

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本文編號(hào)：2179294