PMMA/GO纳米复合材料的制备与表征

论文摘要

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）具有优良的物理及化学性能，因而在国民经济各部门中得到了广泛应用。与此同时，PMMA使用温度低，吸湿性大，这些缺陷限制了它的应用范围。因此，本文采用Brodie法和Hummer法两种方法合成氧化石墨（GO），利用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）有机化处理，并利用原位插层聚合反应，制备了PMMA/GO纳米复合材料和P（MMA-BA）丙烯酸丁酯/GO纳米复合材料，研究了PMMA的热性能、抗吸湿性能以及力学性能，并作了初步探讨，取得了以下研究成果：研究了膨胀石墨（EG）、GO、GO（CTAB）、PMMA/GO和P（MMA-BA）/GO纳米复合材料的结构，以XRD、FT-IR为分析手段进行分析。证明了CTAB插层进入GO层间，在层间形成了亲有机的铵阳离子，使GO有更大的层间距离。PMMA与GO成功地发生了插层聚合反应。利用DSC和TGA研究了不同合成方法、不同百分含量的GO和不同配比的PBA对复合材料热性能的影响。表明：不同合成方法、不同百分含量的GO、不同百分含量的PBA对复合材料的热稳定性都有不同程度的提高，但随着PBA份数的增加，热性能逐渐下降。考察了PMMA/GO和P（MMA-BA）/GO纳米复合材料在蒸馏水、H2SO4溶液、NaOH溶液、NaCl溶液中的抗吸水能力，结果表明PMMA/GO和P（MMA-BA）/GO纳米复合材料与纯PMMA相比，吸水率有了相当程度的降低。同时达到最大吸水率的时间延长。P（MMA-BA）/GO随着PBA份数的增加，吸水率逐渐降低。研究了PMMA/GO和P（MMA-BA）/GO纳米复合材料的抗拉强度和弯曲强度，PMMA/GO纳米复合体系中抗拉强度和弯曲强度随着GO含量的增加先增加而后递减。P（MMA-BA）/GO纳米复合体系中抗拉强度随着PBA含量的增加而递减。弯曲强度随着GO含量的增加而增加。考察了PMMA在纳米复合材料中的分子量及分布，研究表明：在PMMA/GO纳米复合材料中PMMA的各种分子量高于纯PMMA的分子量，同时分布变窄。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 综述
• 1.1 聚甲基丙烯酸甲酯概述
• 1.1.1 聚甲基丙烯酸甲酯的性能
• 1.1.2 聚甲基丙烯酸甲酯的改性
• 1.1.2.1 提高 PMMA 树脂的耐热性
• 1.1.2.2 降低 PMMA 树脂的吸湿性
• 1.1.2.3 PMMA 树脂的其它改性
• 1.1.3 聚甲基丙烯酸甲酯的应用
• 1.2 氧化石墨概述
• 1.2.1 氧化石墨的发展历史
• 1.2.2 氧化石墨的结构和分子组成
• 1.2.2.1 氧化石墨的结构
• 1.2.2.2 氧化石墨的分子组成
• 1.2.3 氧化石墨的性能
• 1.2.4 氧化石墨的合成方法
• 1.2.5 氧化石墨的有机化处理
• 1.2.5.1 有机化试剂的选择
• 1.2.5.2 氧化石墨的有机化处理
• 1.3 聚甲基丙烯酸甲酯/层状无机物纳米复合材料的研究进展
• 1.3.1 聚甲基丙烯酸甲酯/ 石墨纳米复合材料研究进展
• 1.3.2 聚甲基丙烯酸甲酯 / 蒙脱土纳米复合材料研究进展
• 1.3.3 聚甲基丙烯酸甲酯 / 膨润土纳米复合材料研究进展
• 1.3.4 聚甲基丙烯酸甲酯 / 黑云母纳米复合材料研究进展
• 1.3.5 聚甲基丙烯酸甲酯 / 水滑石纳米复合材料研究进展
• 1.4 聚合物 / 氧化石墨纳米复合材料
• 1.4.1 聚合物 / 氧化石墨纳米复合材料的制备方法
• 1.4.1.1 单体原位聚合插层法
• 1.4.1.2 聚合物直接插层法
• 1.4.2 聚合物 / 氧化石墨纳米复合材料的性能
• 1.4.2.1 聚合物/氧化石墨纳米复合材料的热性能
• 1.4.2.2 聚合物/氧化石墨纳米复合材料的燃烧性能
• 1.4.2.3 聚合物/氧化石墨纳米复合材料的力学性能
• 1.4.2.4 聚合物/氧化石墨纳米复合材料的导电性能
• 1.4.2.5 聚合物/氧化石墨纳米复合材料的其他性能
• 1.4.3 聚合物 / 氧化石墨纳米复合材料的表征
• 1.4.4 聚合物 / 氧化石墨纳米复合材料的应用前景
• 1.4.4.1 功能膜材料
• 1.4.4.2 导电材料
• 1.4.4.3 阻燃材料
• 1.4.4.4 其他方面的应用
• 1.5 本论文研究的主要目的、内容、方法及创新之处
• 1.5.1 论文的主要目的
• 1.5.2 论文的内容
• 1.5.3 论文的方法
• 1.5.4 论文的特色和创新之处
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料及试剂
• 2.2 主要仪器及设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 膨胀石墨的制备
• 2.3.2 氧化石墨的制备
• 2.3.2.1 Brodies 法合成氧化石墨
• 2.3.2.2 Hummers 法合成氧化石墨
• 2.3.3 氧化石墨的有机化处理
• 2.3.4 PMMA/GO 纳米复合材料的制备
• 2.3.5 PMMMA/PBA/GO纳米复合材料的制备
• 2.4 性能测试及表征
• 2.4.1 红外光谱分析（FT-IR）
• 2.4.2 X 射线衍射分析（XRD）
• 2.4.3 差热分析（ DSC）
• 2.4.4 热失重分析（TGA）
• 2.4.5 吸水率的测试
• 2.4.6 力学性能测试
• 2.4.6.1 拉伸性能的测试
• 2.4.6.2 弯曲性能的测试
• 2.4.7 PMMA 分子量及分子量分布的测定
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 PMMA/GO 纳米复合材料的研究
• 3.1.1 PMMA/GO 纳米复合材料的红外光谱分析（FT-IR）
• 3.1.2 PMMA/GO 纳米复合材料的 X 射线衍射分析（XRD）
• 3.1.3 PMMA/GO 纳米复合材料的差热分析（DSC）
• 3.1.4 PMMA/GO 纳米复合材料的热失重分析（TGA）
• 3.1.5 PMMA/GO 纳米复合材料的吸水率的测试
• 3.1.5.1 PMMA/GO 纳米复合材料在蒸馏水中的吸水行为
• 3.1.5.2 PMMA/GO 纳米复合材料在 H2SO4溶液中的吸水行为
• 3.1.5.3 PMMA/GO 纳米复合材料在 NaOH 溶液中的吸水行为
• 3.1.5.4 PMMA/GO 纳米复合材料在 NaCl 溶液中的吸水行为
• 3.1.6 PMMA/GO 纳米复合材料的力学性能
• 3.1.6.1 PMMA/GO 纳米复合材料的拉伸性能
• 3.1.6.2 PMMA/GO 纳米复合材料的弯曲性能
• 3.1.7 PMMA 分子量及分子量分布的测定
• 3.2 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料的研究
• 3.2.1 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料的红外光谱分析（FT-IR）
• 3.2.2 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料的 X 射线衍射分析（XRD）
• 3.2.3 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料的差热分析（DSC）
• 3.2.4 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料的热失重分析（TGA）
• 3.2.5 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料的吸水率的测试
• 3.2.5.1 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料在蒸馏水中的吸水行为
• 3.2.5.2 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料在 H2SO4溶液中的吸水行为
• 3.2.5.3 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料在 NaOH 溶液中的吸水行为
• 3.2.5.4 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料在 NaCl 溶液中的吸水行为
• 3.2.6 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料的力学性能
• 3.2.6.1 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料的拉伸性能
• 3.2.6.2 P（MMA-BA）/GO 纳米复合材料的弯曲性能
• 第四章 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A
• 附录 B