功能氧化石墨烯纳米带/热塑性聚氨酯复合材料薄膜的制备及阻隔性能

以氧化解压多壁碳纳米管的方法制备了氧化石墨烯纳米带(GONRs),然后用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)对GONRs化学修饰得到功能氧化石墨烯纳米带。采用溶液成形的方法在涂膜机上制备了功能氧化石墨烯纳米带(IPGONRs)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料薄膜,研究了IP-GONRs对TPU薄膜阻隔性能的影响。扫描电镜和X射线衍射的数据表明,IP-GONRs完全剥离地均匀分散在TPU基体中,并且基本沿着纳米复合材料薄膜表面平行分布。仅添加3.0%(质量分数,下同)的IP-GONRs时,TPU薄膜的氧气透过率便下降67%,因此获得了具有优异阻隔性能的IPGONRs/TPU纳米复合材料薄膜。这种具有优异阻隔性能的复合材料薄膜在食品包装和轻量气体存储容器方面有潜在的应用。     

氧化石墨烯纳米带与氧化石墨烯增强热塑性聚氨酯薄膜的制备及性能

利用纵向裂解多壁碳纳米管制备了氧化石墨烯纳米带,并采用溶液成型的方法制得氧化石墨烯纳米带-氧化石墨烯(GONRs-GO)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料薄膜。场发射扫描电镜和X射线衍射分析结果显示,GONRs与GO间相互剥离并均匀地分散在TPU基体中;氧气透过率(OTR)和力学性能测试表明,GONRs和GO具有协同增强TPU复合材料薄膜的阻隔和力学性能的作用。当GONRs和GO在TPU中添加量均为1.5%(质量分数)时,GONRs-GO/TPU复合材料薄膜的阻隔和力学性能达到最佳。相比于纯TPU薄膜,该GONRs-GO/TPU复合材料薄膜的OTR降低了83.94%,拉伸断裂强度、屈服强度、扯断伸长率则分别提高了59.28%,59.54%和15.0%。     

功能石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料膜的制备及性能

采用双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)插层改性氧化石墨烯(DD-GO),再用抗坏血酸进行还原制得功能石墨烯(DDRGO)。采用溶液成形的方法在涂膜机上制备功能石墨烯(DD-RGO)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料膜,并利用FTIR、XRD、FE-SEM、高阻计、氧气透过仪对DD-RGO/TUP复合材料膜结构和性能进行表征。结果表明:经DDAB改性后的石墨烯能在TPU基体中能以褶皱层状的形式均匀的分散,并提高TPU的热稳定性、阻隔性与抗静电性。当DD-RGO的添加量为2%时,复合材料膜的阻隔性与导电性相对于纯TPU分别提高了50%与7个数量级,阻隔性与抗静电性明显提高。     

氧化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜制备及性能表征

采用氧化法将碳纳米管纵向切割成氧化石墨烯纳米带,利用溶液成形在涂膜机上制备氧化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜。FT-IR、拉曼光谱、XRD、FE-SEM、TEM等测试表明,碳纳米管成功地被纵向切割成带状结构的氧化石墨烯纳米带。力学测试表明,当氧化石墨烯纳米带用量为2%(质量分数)时,复合材料薄膜弹性模量与拉伸强度相比TPU薄膜提高了160%与123%。氧气透过率测试表明当氧化石墨烯纳米带用量为2%(质量分数)时,复合材料薄膜氧气透过率降低77%,阻隔性能明显提高。     

功能化改性还原氧化石墨烯-碳纳米管/热塑性聚氨酯复合材料膜的制备及性能

为提高热塑性聚氨酯(TPU)的阻隔及抗静电性能,首先,向功能化改性还原氧化石墨烯(FRGO)中加入原始碳纳米管(CNTs),并通过非共价改性制得在N, N-二甲基甲酰胺(DMF)中均匀分散的杂化粒子FRGO-CNTs;然后,在涂膜机上通过溶液涂覆法制备了FRGO-CNTs/TPU复合材料膜;最后,利用FTIR、XRD、XPS、FE-SEM、TG、氧气透过仪、高阻计及万能试验机对FRGO-CNTs/TPU复合材料膜的结构和性能进行了表征。结果表明:FRGO与CNTs之间通过π-π共轭作用发挥协同效应,并且所制备的FRGO-CNTs与TPU基体的相容性较好;当FRGO-CNTs含量(以TPU为基准)为2.0wt%时,复合材料膜的热分解温度提高了49℃,氧气透过率下降了53.7%;大比表面积的FRGO与高长径比的CNTs能在TPU基体中构建导电网络;当FRGO-CNTs含量仅为0.8wt%时, FRGO-CNTs/TPU复合材料膜的体积电阻率就能下降7个数量级。与此同时,随FRGO-CNTs含量的增加,复合材料膜的拉伸强度和断裂伸长率均先上升而后下降。      

功能化石墨烯纳米带-纳米碳纤维/热塑性聚氨酯薄膜的制备及性能

利用溶液涂覆成膜工艺在涂膜机上制得功能化石墨烯纳米带-纳米碳纤维/热塑性聚氨酯(FGNRs-CNFs/TPU)复合材料薄膜。采用红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜对所得FGNRs-CNFs的结构与性能进行表征,并结合复合材料薄膜的氧气透过率和体积电阻率测试以及断面形貌观察,研究了不同含量的FGNRs-CNFs对TPU复合材料薄膜阻隔和抗静电性能的影响。结果显示,KH-550成功接枝在GNRs上,并且FGNRs附着在骨架CNFs上形成稳定的FGNRs-CNFs网络结构,这有利于其在TPU中均匀分散;相比于纯TPU薄膜,当FGNRs-CNFs质量分数为1%时,FGNRsCNFs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率降低了68.8%,阻隔性能得到大幅度提升;石墨烯纳米带与纳米碳纤维构建导电网络,当添加量为0.6%时,复合材料薄膜导电性能提升了7个数量级,表现出优良的室温导电性能。     

功能三维石墨烯-多壁碳纳米管/热塑性聚氨酯复合材料的制备及性能

采用水热还原法将羧基化多壁碳纳米管（MWCNTs—COOH）接枝到氧化石墨烯（GO）上,经冷冻干燥得到三维石墨烯-多壁碳纳米管气凝胶（GA-MWCNTs）,再以热塑性聚氨酯（TPU）为填充体,通过真空浸渍法制得三维石墨烯-多壁碳纳米管/热塑性聚氨酯（GA-MWCNTs/TPU）复合材料。借助FTIR、Raman、XPS、TEM、SEM,对GA-MWCNTs的化学结构、微观形貌进行表征,并通过TGA-DSC、电阻测量仪和力学试验机,分析MWCNTs—COOH质量分数对GA-MWCNTs/TPU复合材料性能的影响。结果表明:MWCNTs—COOH在GO片层间起到交联和支撑作用,形成了蜂窝状三维网络结构,其孔径约为1.2 mm;当MWCNTs—COOH质量分数（以120 mg GO为基准）为10wt%时,GA-MWCNTs/TPU复合材料的导电性、热稳定性、力学性能均得到改善,相比于GA/TPU,体积电阻率降低了63.0%、热分解温度提高了7℃、30%应变下的应力提高了8.2%。      

功能化氧化石墨烯纳米带/EVA复合材料薄膜的制备及表征

采用纵向氧化切割多壁碳纳米管法制得氧化石墨烯纳米带(GONRs),通过硅烷偶联剂KH-570与GONRs反应得到功能化氧化石墨烯纳米带,随后利用溶液成型的方法在涂膜机上制得功能化氧化石墨烯纳米带(K-GONRs)/乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)复合材料薄膜.用FTIR,XRD,XPS,TEM,FE-SEM,氧气透过仪和电子万能试验机研究了复合材料的结构与性能.研究表明,本实验成功制得薄条状K-GONRs,其层间距约为0.970nm,相比GONRs增加了0.095nm; K-GONRs形状均一、规整并均匀分散于EVA基体中;当K-GONRs质量分数为1％时,K-GONRs/EVA复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸强度相比纯EVA薄膜分别降低了54.5％和提高了89.3％,阻隔性能和力学性能得到明显改善.     

3D氧化石墨烯纳米带-碳纳米管/TPU复合材料薄膜的制备与性能

利用溶液成型法制得3D功能化氧化石墨烯纳米带-碳纳米管(pGONRs-CNTs)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料薄膜。采用FTIR,XRD,XPS和TEM对所得pGONRs-CNTs的结构及性能进行表征,并结合所得TPU复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸性能测试以及表面形貌观察,研究GONRs与CNTs的协同作用以及不同含量pGONRs-CNTs对TPU复合材料薄膜阻隔和力学性能的影响。结果表明:pGONRs-CNTs复合体具有独特的3D交织状结构,其中GONRs间通过CNTs链接,二者间较强的π-π键使得这种结合形态牢固紧密,同时CNTs的存在也起到支撑骨架的作用,防止GONRs的滑移与团聚;通过异氰酸苯酯的改性处理,pGONRs-CNTs复合体的亲油性得到明显提高,同时较为庞大的异氰酸根的引入,使得GONR-GONR间的层间距得到了进一步的提高,更有利于其在聚合物基体中实现均匀分散。当pGONRs-CNTs质量分数为0.5%时,pGONRs-CNTs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸强度相比纯TPU薄膜分别降低了63.08%和提高了46.55%,阻隔性能和力学性能均得到显著改善。     

壳聚糖-氧化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的原位溶液聚合及性能

为了制备高力学性能、阻隔性能和导热性能的热塑性聚氨酯(TPU)复合材料,采用改进的原位溶液聚合法,将壳聚糖改性的氧化石墨烯(CS-GO)与TPU预聚体接枝,再经扩链反应得到CS-GO/TPU复合材料。利用FTIR、XRD、FESEM对CS-GO进行表征,并采用万能试验机、氧气透过仪和导热仪对CS-GO/TPU复合材料的性能进行测试分析。结果表明:CS与GO之间存在氢键作用,CS-GO在TPU基体中的分散性优于GO。CS-GO的均匀分散有效阻隔了O₂的渗透,提高了CS-GO/TPU复合材料的阻隔性能。CS-GO与TPU基体之间的相互作用有利于应力载荷的传递和导热网络的形成,与纯TPU相比,当CS-GO含量为1wt%时,CS-GO/TPU复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了106.8%和111.2%,导热系数提高了1.55倍。      

层叠状功能化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜的制备与性能

利用溶液涂覆成膜工艺在涂膜机上制得层叠状功能化石墨烯纳米带（SF-GNRs）/热塑性聚氨酯（TPU）复合材料薄膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM和FE-SEM对SF-GNRs的结构进行表征,并结合复合材料薄膜的氧气透过率、体积电阻率测试及表面形貌观察,研究了不同质量分数的SF-GNRs对TPU复合材料薄膜阻隔和抗静电性能的影响。结果表明:所得高比表面积SF-GNRs在TPU基体中分散良好;当SF-GNRs质量分数为1.0%时,SF-GNRs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率相比纯TPU薄膜降低了67.76%,阻隔性能得到明显改善;当SF-GNRs质量分数达到1.0%～1.5%时,SF-GNRs/TPU复合材料薄膜出现了电渗流行为,表现出优良的室温导电性能。      

异氰酸酯功能化氧化石墨烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备与性能

采用甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）对氧化石墨烯（GO）进行表面接枝改性,制得TDI功能化GO（TDI-GO）,再将其分散于4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中,经原位聚合法制备TDI-GO/热塑性聚氨酯弹性体（TPU）复合材料。利用FTIR、XPS、DSC、TG、SEM、维卡软化温度和拉力试验机等测试手段,表征和分析了TDI-GO的表面结构及TDI-GO含量对TDI-GO/TPU复合材料结构与性能的影响。结果表明,TDI成功接枝改性GO,TDI-GO的加入使TPU体系的微相分离程度减弱,其异相成核作用提高了TPU硬段相的结晶性能;相比纯TPU基体,TDI-GO/TPU复合材料耐热性能提高,当TDI-GO添加量为0.5wt%时,复合材料5%热失重温度提高了约9℃,维卡软化温度提高了约18℃;TDI-GO/TPU复合材料力学性能明显提高,与纯TPU相比,TDI-GO含量为0.5wt%的TDI-GO/TPU复合材料拉伸强度提高了近10 MPa,断裂伸长率提高了约32%。     

氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的制备及阻水性能

以石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,采用原位聚合法制备GO/聚酰亚胺酸（PAA）前驱体,GO/PAA前驱体经高温固化处理后得到GO/聚酰亚胺（PI）复合薄膜;采用XRD、Raman、FTIR、AFM等表征手段对GO的结构进行表征;此外,研究了不同固化温度下PI薄膜的结构;最后测试了GO/PI复合薄膜的透湿率和力学性能。结果表明:GO为单层结构,厚度为1.26 nm。GO/PI复合薄膜表现出良好的阻水性能,当GO/PI复合薄膜中GO的添加量为0.025wt%、薄膜厚度为50 μm时,GO/PI复合薄膜的透湿率低至56.7 g（m2·d）-1。此外,0.025wt% GO/PI复合薄膜拉伸强度和断裂伸长率分别为150.8 MPa和13.5%,与PI薄膜（分别为126.9 MPa和8.1%）相比,分别增加了18.8%和66.7%。      

纳米SiO_2功能化改性石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的制备与性能

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO),再与经硅烷偶联剂(APTES)偶联改性纳米SiO_2所得的产物(nano SiO_2—NH_2)混合,制备了石墨烯片(Graphene Sheets,GS)接枝纳米SiO_2杂化材料(nano SiO_2-g-GS)。以nano SiO_2-g-GS为填料,热塑性聚氨酯(TPU)为基体,通过熔融共混法制备共混型nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料,并对填料和复合材料进行测试和表征。拉伸测试显示nano SiO_2-g-GS的加入对基体TPU有一定的补强作用,使复合材料定伸应力(300%、500%和1 000%)增大。DSC测试显示,与纯TPU相比,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的结晶温度有大幅升高,填料含量为1wt%时,TPU的结晶温度升高了44℃。形状记忆测试结果显示,随nano SiO_2-g-GS含量增加,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的形状回复率(Rr)逐渐降低,但形状固定率(Rf)逐渐升高。当nano SiO_2-g-GS质量分数为1wt%时,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料性能最佳。     

以氧化石墨烯为氧化介质制备石墨烯/聚苯胺导电复合材料

采用超声辅助Hummers法制得厚度约为1 nm的氧化石墨烯, 以其为氧化介质与苯胺反应合成了石墨烯/聚苯胺(RGO/PANI)导电复合材料。利用AFM、SEM、XRD和FTIR对反应所得产物进行了表征。结果表明: 苯胺在略高于室温的酸性水溶液中可以对氧化石墨烯(GO)进行还原, 而苯胺自身则被氧化石墨烯中大量的含氧基团氧化并发生聚合反应, 最终生成RGO/PANI导电复合材料, 当苯胺用量为1 mL, 氧化石墨烯用量为0.1 g, 在水浴温度为70 ℃下剧烈搅拌24 h时, 获得的RGO/PANI复合材料导电性最佳, 约为10 S/cm。