氧化石墨烯在聚苯乙烯中的分散及其复合材料的发泡行为研究

【摘要】聚苯乙烯(PS)是仅次于聚氨酯(PU)的第二大发泡材料。传统发泡剂,如氯氟烃(CFCs)、氢氯氟烃(HCFCs),存在破坏臭氧层的问题；氢氟烃(HFCs)具有温室效应,采用无毒且环境友好的超临界二氧化碳作为替代发泡剂备受关注。但二氧化碳发泡PS过程中,二氧化碳的扩散速率快、溶解度低,导致发泡过程难以控制。添加无机颗粒作为异相成核剂,尤其是具有比表面积大且红外吸收好的片状结构的石墨(Graphite),可降低成核所需的吉布斯自由能、阻碍二氧化碳的扩散,改善超临界二氧化碳发泡PS的发泡行为。因此,实现石墨在PS中的良好分散一直是阻碍PS/石墨发泡性能进一步改善的关键问题。论文分别对聚苯乙烯和石墨进行改性,研究改性石墨(GO)在聚苯乙烯共聚物中的协同作用与分散状况,探讨其分散情况对发泡基材热性能和流变性能的影响、以及对发泡行为的影响。1、采用改进的Hummers法对石墨进行改性,制备出的氧化石墨烯(GO)碳氧摩尔比为2.65：1,表明其表面含有大量的羟基、羧基以及环氧基等官能团。采用不同的溶剂或浓度制备PS/GO复合材料。结果表明,采用N-N二甲基亚酰胺(DMF)为溶剂或适当提高溶液浓度,有助于GO的分散。2、在PS链中引入2-乙烯基吡啶(2VP)极性官能团,可明显改善GO在聚合物中的分散。在PS链中引入可与GO发生化学反应的3-异丙烯酸基-α,α-二甲基苄基异氰酸酯(TMI)官能团,可进一步促进GO的分散。对比这些复合材料的性能,结果表明：GO分散状况越好,复合材料的Tg、热分解温度以及聚合物的黏度越高。3、采用超临界二氧化碳作为发泡剂,考察发泡温度、发泡压力对PS共聚物/GO复合材料的发泡行为的影响。相同发泡条件下,材料的泡孔大小顺序为PS>PS/GO>P(St-co-2VP)/GO>P(St-co-TMI)/GO。结果表明：添加GO添加在聚合物中可以减小泡孔尺寸,GO具有异相成核作用；采用改性的聚合物有利于提高GO的异相成核作用。在温度120℃～150℃、压力7.6MPa～20MPa的范围内,P(St-co-TMI)/GO体系的泡孔尺寸比P(St-co-2VP)/GO的小；并且P(St-co-TMI)/GO体系的发泡行为比P(St-co-2VP)/GO体系对温度和压力变化更不敏感。表明GO分散越好,异相成核作用越显著,复合材料的发泡行为越稳定。
【作者】王爽；
【导师】冯连芳；张才亮；
【作者基本信息】浙江大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】氧化石墨烯；聚苯乙烯；分散；发泡；异相成核；

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