功能化石墨烯/聚乳酸导电复合材料的研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:julia_203
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石墨烯因其独特的二维晶体结构和优异的物理、化学性能,备受人们青睐。然而,石墨烯高的比表面积以及层与层之间强的相互作用力,使其容易发生聚集,在溶剂中分散性较差。因此,必须要对石墨烯表面进行功能化改性。而常见的改性方法大多是破坏了石墨烯的共轭结构,牺牲了导电性来获得在溶剂中高的分散性,这限制了石墨烯在导电复合材料领域的应用。所以,需要寻找一种能使石墨烯既具有好的分散性又有高的导电性的改性方法,来扩大石墨烯的应用领域。本文采用了两种不同的改性方法制备功能化石墨烯,并与聚乳酸(PLA)复合制备功能化石墨烯/PLA复合材料,对复合材料的性能进行了探讨和研究。利用乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)中的环氧基团与氧化石墨烯(GO)表面的羟基和羧基发生开环反应得到功能化的氧化石墨烯(EGDE-GO),再经水合肼还原后得到功能化石墨烯(EGDE-rGO)。FTIR测试结果表明EGDE成功地接枝到GO表面;XRD结果表明EGDE-GO的2?移至8.11°;热重结果表明EGDE-rGO的失重量为24.7%,大于rGO的失重量,说明EGDE-rGO表面的接枝物未被水合肼除掉;SEM结果表明EGDE-rGO片层边缘清晰可见,说明其堆积是可逆的,能在超声等条件下重新分散在溶剂中。以马来酸酐(MAH)为亲二烯体与石墨烯发生Diels Alder反应,对石墨烯表面进行改性,得到改性石墨烯(f-GN)。利用f-GN表面的酸酐基团与聚乙二醇(PEG)中的羟基发生酯化反应,得到聚乙二醇接枝改性的石墨烯(PEG-g-GN)。FTIR和Raman结果表明PEG-g-GN制备成功;热重结果表明PEG-g-GN接枝量为3.81%;接触角结果表明经PEG改性后,亲水性增强,对水接触角为47°,能稳定地分散在水和乙醇等溶剂中。将EGDE-rGO和PEG-g-GN与聚乳酸复合制备功能化石墨烯/聚乳酸复合材料,并对复合材料的性能进行研究。结果表明:功能化石墨烯在PLA中能够均匀分散,其复合材料的力学性能和电导率都得到了提高,生物相容性好。与纯聚乳酸相比,当石墨烯含量为1 wt%时,EGDE-rGO/PLLA和PEG-g-GN/PLLA复合材料的拉伸强度分别提高了10.9%和15.7%,断裂伸长率分别提高了4.8%和11.4%,电导率分别提高了9个数量级和10个数量级。
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