聚ε-己内酯/石墨烯纳米复合材料的制备、结构与性能

论文摘要

本论文先通过改善的Staudenmaier方法制备了热还原剥离的石墨烯（TRG），TRG用TEM、TGA和WAXD等手段进行了初步表征。紧接着，通过溶液插层法成功的制备了PCL/TRG、PCL/GO和PCL/f-MWCNTs纳米复合材料。首先用SEM和TEM研究了纳米填料在PCL基体中的分散以及与PCL基体界面的相互作用，并进一步采用多种手段研究了纳米填料对上述复合材料的结晶熔融行为和力学性能的影响规律。主要研究成果如下:首先，对PCL/TRG纳米复合材料体系而言，TEM和HR-TEM结果揭示了TRG在PCL基体中是均匀分散的，而SEM不仅表明了TRG的均匀分散，而且还展示了TRG与PCL基体间存在较强的界面粘合力。采用各种手段详细研究了纯PCL及其PCL/TRG纳米复合材料的非等温熔融结晶行为、等温熔融结晶动力学、球晶形态以及晶体结构。实验结果表明由于异相成核影响，PCL的非等温结晶峰值温度和等温结晶速率在TRG的存在下已经被显著的提高了；然而，PCL的结晶机理和晶体结构没有改变。与纯PCL相比，在-80oC时，DMA研究结果表明了仅加入0.5wt%和2.0wt%TRG含量的PCL纳米复合材料的储能模量（E’）分别提高了近203%和292%。其次，对PCL/GO和PCL/f-MWCNTs纳米复合材料体系而言，SEM和TEM不仅表明了GO和f-MWCNTs的均以良好的分散，而且还给出了在PCL基体中两个不同维数纳米填料的形态。详细的研究了PCL纳米复合材料中GO和f-MWCNTs对PCL非等温熔融结晶行为、等温熔融结晶动力学、球晶形态以及晶体结构影响的区别。结果表明了GO和f-MWCNTs作为有效的成核剂，明显地提高了PCL的非等温结晶峰值温度和等温结晶速率；然而，在PCL基质中的f-MWCNTs对PCL结晶行为影响程度要比在PCL基质中的GO片层更显著。PCL的结晶机理和晶体结构在GO和f-MWCNTs的存在下均没有改变。与纯PCL相比，在-80oC时，DMA结果不仅表明了PCL/GO和PCL/f-MWCNTs纳米复合材料的E’分别提高了96%和183%，而且也再一次证明了f-MWCNTs比GO片层作为PCL基体的纳米填料是更有效的。主要原因是因为管状的f-MWCNTs表面曲率是GO片层的近两倍，从而f-MWCNTs给PCL的结晶提供了更多的成核点。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• Contents
• 第一章 绪论
• 1.1 、可生物降解高分子材料简介
• 1.2 、聚ε-己内酯（PCL）的研究现状
• 1.2.1 、Poly（ε-caprolactone）（PCL）的简介
• 1.2.2 、Poly（ε-caprolactone）（PCL）的合成
• 1.2.3 、Poly（ε-caprolactone）（PCL）的改性
• 1.2.3.1 、Poly（ε-caprolactone）（PCL）的共混改性
• 1.2.3.2 、Poly（ε-caprolactone）（PCL）的共聚改性
• 1.2.3.3 、Poly（ε-caprolactone）（PCL）的纳米复合改性
• 1.3 、石墨烯（Graphene）的研究现状
• 1.3.1 、石墨烯（Graphene）的简介
• 1.3.2 、石墨烯（Graphene）的制备方法
• 1.3.3 、Graphene/Polymers 的纳米复合材料
• 1.4 、本课题的研究意义及创新点
• 第二章 可生物降解高分子 PCL 与热还原石墨烯（TRG）纳米复合材料的形态、结晶行为与动态力学性能
• 2.1 、引言
• 2.2 、实验部分
• 2.2.1 、原材料
• 2.2.2 、样品的制备
• 2.2.2.1 、TRG 的制备
• 2.2.2.2 、PCL/TRG 纳米复合材料的制备
• 2.2.3 、表征手段
• 2.3 、结果与讨论
• 2.3.1 、 PCL/TRG 纳米复合材料的形态
• 2.3.2 、 PCL/TRG 纳米复合材料的结晶行为
• 2.3.3 、 PCL/TRG 纳米复合材料的动态力学性能
• 2.4 、本章小结
• 第三章 不同维数碳基纳米填料/PCL 复合材料的制备、结构与性能研究
• 3.1 、引言
• 3.2 、实验部分
• 3.2.1 、原材料
• 3.2.2 、PCL/GO 和 PCL/f-MWCNTs 纳米复合材料的制备
• 3.2.3 、表征手段
• 3.3 、结果与讨论
• 3.3.1 、GO 和 f-MWCNTs 在 PCL 基体中的形态与分散
• 3.3.2 、纯 PCL 及其纳米复合材料的结晶行为
• 3.3.3 、PCL 纳米复合材料的动态力学性能
• 3.4 、本章小结
• 第四章 论文的主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者与导师简介
• 附件