石墨烯-PBO復(fù)合共聚膜的制備及性能研究.pdf

1、聚對(duì)苯撐苯并二噁唑（PBO）薄膜是一種集低密度、高強(qiáng)度、高模量、高分解溫度、高極限氧指數(shù)等眾多優(yōu)異性能于一身的高性能薄膜材料，在航天航空、武器裝備等眾多國防尖端領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力。盡管PBO薄膜具有優(yōu)異的性能，但是為了進(jìn)一步提高PBO薄膜的力學(xué)性能等，升級(jí)換代現(xiàn)有的高性能薄膜品種，迫切需要對(duì)PBO薄膜進(jìn)行改性。本論文以提高PBO聚合物薄膜的力學(xué)性能和耐熱阻燃水平為目標(biāo)，設(shè)計(jì)合成了兩種石墨烯衍生物：氧化石墨烯（GO）和氨基化的石墨烯（

2、GO-NH2）。以上述兩種石墨烯衍生物為增強(qiáng)體，采用“一鍋法”共聚改性PBO，制備石墨烯/PBO復(fù)合共聚膜。
　　本文采用Hummers法制備GO。采用新穎的“一鍋法”和簡單易行的“脫HCl”聚合工藝制備GO/PBO共聚物。在此過程中，GO上的-COOH與PBO縮聚單體4,6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽（DAR）發(fā)生反應(yīng)，得到的DAR功能化石墨烯將與PBO基體具有更好的相容性及可反應(yīng)性，最終實(shí)現(xiàn)石墨烯與PBO的共價(jià)連接。在此基礎(chǔ)上，通過

3、改變GO的加入量，利用熱壓工藝制備得到三種不同GO含量的GO/PBO復(fù)合共聚膜。
　　相似地，為了進(jìn)一步提高石墨烯在PBO基體中的分散性，改善功能化石墨烯上官能團(tuán)的反應(yīng)活性，本文對(duì)石墨烯進(jìn)行二次氨基化修飾。以GO為原料，以N,N'-二環(huán)己基碳二亞胺（DCC），4-二甲氨基吡啶(DMAP)為酰胺化反應(yīng)催化劑，以乙二胺為反應(yīng)試劑制備得到GO-NH2。在此基礎(chǔ)上，利用GO-NH2上的氨基（-NH2）與PBO縮聚單體對(duì)苯二甲酸（PTA）反

4、應(yīng)，采用新穎獨(dú)特的“一鍋法”原位聚合工藝，制備得到三種不同GO-NH2含量的GO-NH2/PBO復(fù)合共聚膜。
　　本文對(duì)GO和GO-NH2的化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶結(jié)構(gòu)、表觀形貌和官能團(tuán)含量進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，分析結(jié)果表明已成功制備了具有較高官能團(tuán)含量的單層GO和GO-NH2。為了深入探討“一鍋法”制備工藝的反應(yīng)歷程，本文對(duì)石墨烯/PBO共聚物的兩種中間產(chǎn)物（GO-DAR，GO-NH2-PTA）的化學(xué)組成進(jìn)行了細(xì)致的研究。研究結(jié)果表明：GO和

5、GO-NH2分別能和PBO聚合物的兩種單體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵，且具有較好的反應(yīng)效果。此外，本文還針對(duì)GO/PBO和GO-NH2/PBO兩種復(fù)合共聚膜的化學(xué)結(jié)構(gòu)、結(jié)晶行為展開深入的研究，并對(duì)不同GO和GO-NH2添加量的復(fù)合共聚膜的斷面形貌、力學(xué)性能和耐熱性能進(jìn)行了詳實(shí)的分析和比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：GO和GO-NH2均能通過共價(jià)鍵接枝到PBO聚合物的分子鏈上，隨著GO和GO-NH2的含量的升高兩種復(fù)合共聚膜的力學(xué)性能、耐熱性能等有明顯的