聚苯乙烯_氧化石墨納米復(fù)合材料的制備

1、總第144期2006年第6期安徽化工摘要:天然石墨在濃硫酸中用高錳酸鉀氧化成氧化石墨(GO,在含有氧化石墨的苯乙烯乳液中進行自由基聚合,可以得到層間插入聚苯乙烯(PS的石墨納米復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn),在聚合過程中不僅發(fā)生了苯乙烯均聚反應(yīng),而且存在插入聚合反應(yīng),并用FTIR、XRD、TEM等手段進行表征。關(guān)鍵詞:乳液聚合;聚苯乙烯;氧化石墨;納米復(fù)合材料中圖分類號:TQ316.33+3文獻標識碼:A文章編號:1008-553X(200606-0015-03復(fù)合材料通常是由兩種或多種組分組成,各組分以單一的分散相存在,其目的是改進某種材料單獨存在時的性質(zhì)1。聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料是由導(dǎo)電材料和聚合物基材組

2、成,它兼顧聚合物的易加工性和導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性2,因而具有廣泛的應(yīng)用前景,可用作抗靜電材料、電磁屏蔽材料、導(dǎo)電膜、導(dǎo)電涂料、導(dǎo)電塑料以及相轉(zhuǎn)移催化劑等3-5,所用的填充材料通常為金屬粉末6,7、碳黑8、碳纖維9等。本文采用乳液聚合使聚合物插入到石墨層間,通過氧化石墨(GO來提高石墨表面的極性基團的數(shù)量,使乳化劑能夠與氧化石墨表面的極性基團相互作用形成比較穩(wěn)定的膠束,使少量的苯乙烯單體進入石墨插層,同時采用K2S2O8-Na2SO3氧化還原體系充當引發(fā)劑,使單體能夠充分聚合。1實驗部分1.1儀器和試劑EQUINO-555型傅利葉紅外光譜儀,Y-4Q型X射線衍射儀,JEM-100SX型透射電鏡。試劑

3、石墨粉,粒度小于30m的粒子含量大于95%,碳含量99.85%;苯乙烯,AR級,用氫氧化鈉水溶液洗滌,無水硫酸鈉干燥,使用前減壓蒸餾;過硫酸鉀、無水亞硫酸鈉、高錳酸鉀均為AR級。1.2氧化石墨的制備將石墨粉末10g加入兩口燒瓶,攪拌下緩慢加入115mL濃H2SO4,控制溫度20。待石墨充分分散后,再緩慢加入15g KM nO4,升溫至35+3,保溫30min。將反應(yīng)液緩慢加入盛有230mL蒸餾水的1000mL燒杯中,須保持混合液溫度在90約30min。在混合液中加入700mL蒸餾水,待混合均勻后,加入50mL H2O2,放置24h。離心分離出固體,先用5%HCl洗滌3次,再用蒸餾水淋洗3次,產(chǎn)

4、物保持糊狀,以便在聚合階段石墨分散均勻。1.3GO/PS納米復(fù)合材料的制備稱取一定量的糊狀氧化石墨于洗凈干燥的三口燒瓶中,加入40mL單體、150mL蒸餾水和適量乳化劑OP,乳化約3h,再提高攪拌速度,加入0.2g K2S2O8和0.1g Na2SO3配置成的5mL水溶液,在N2保護下引發(fā)聚合,攪拌反應(yīng)6h,溫度為6872,最后凝結(jié)的產(chǎn)物用蒸餾水和丙酮洗滌,在50下烘箱干燥24h,再真空干燥24h 即得GO/PS納米復(fù)合材料。2結(jié)果與討論2.1紅外分析氧化石墨的懸浮液(或膠體溶液與單體乳液混合反應(yīng)后,黑色固體質(zhì)量增加,得到的物質(zhì)顏色均勻,說明聚合反應(yīng)發(fā)生,且石墨粒子混合均勻。為了進一步證實聚合

5、的發(fā)生,對GO/PS納米復(fù)合材料及GO進行紅外分析。比較復(fù)合材料(圖1中b與GO(圖1中a的紅外譜圖,存在PS的紅外特征吸收峰3025cm-1,2923cm-1, 1600cm-1,1491cm-1,1449cm-1,說明PS存在于反應(yīng)產(chǎn)物之中,即聚合反應(yīng)發(fā)生。圖2是聚合產(chǎn)物經(jīng)過長時間抽提后進行紅外分析。從抽提后的GO(圖2中a與復(fù)合材料(圖2中b的紅外譜圖比較,可知在GO表面并沒有發(fā)生PS的接枝。2.2X-衍射分析為證明氧化石墨的懸浮液(或膠體溶液與單體乳聚苯乙烯/氧化石墨納米復(fù)合材料的制備*王斌,馬祥梅(安徽理工大學(xué)化學(xué)工程系,安徽淮南232001收稿日期:2006-10-08*安徽省高校

6、青年科研基金項目(2006jq1074;安徽理工大學(xué)青年科學(xué)研究基金資助項目。作者簡介:王斌(1971-,男,講師,碩士,主要從事高分子復(fù)合材料的研究和教學(xué)工作,wbmxmwzc。15總第144期2006年第6期安徽化工圖1GO 與GO/PS 紅外譜圖圖2抽提后的GO 與GO/PS 紅外譜圖液聚合反應(yīng)過程中存在插層聚合,我們測試了聚合產(chǎn)物與GO 的XRD 譜圖,如圖3所示。由圖我們可以看出GO 在2=11.32°和2=26.44°的X 射線衍射峰幾乎消失,說明GO 中的晶格結(jié)構(gòu)已被破壞。在此反應(yīng)體系中,能破壞GO 中晶格結(jié)構(gòu)的因素一個是被氧化劑氧化,另一個就是插層聚合。而體

7、系中存在的氧化劑的量是很少的,不可能使石墨完全氧化。由此認為GO 的兩個XRD 衍射峰的消失是由于石墨層間插入了PS 使GO 的晶格結(jié)構(gòu)被破壞而造成的。同時,復(fù)合材料的XRD 測試結(jié)果顯示石墨層間距增大到了8.733A ,這更說明了PS 插入到石墨層間是完全存在的,在2=10-22°處出現(xiàn)的寬峰是聚苯乙烯的無定型結(jié)構(gòu)峰。 2.3透射電鏡分析為觀察石墨粒子在材料中的分布狀態(tài),對復(fù)合材料進行透射電鏡分析,如圖4所示。由圖4可見,分散在聚合物中的氧化石墨粒子是層離的大小不一片層結(jié)構(gòu),其長度范圍在10-610-7m 之間。這些片層的顏色主要為灰色,說明了石墨晶體結(jié)構(gòu)的破壞,這是由氧化和發(fā)生插

8、入聚合造成的。這些片層的片層有許多是重疊在一起的,因此有些顏色較深。有些石墨片層的顏色是黑色的,這可能是未氧化的石墨,這可從圖3GO/PS 納米復(fù)合材料的XRD 中2=26.44°處的弱峰得以說明。圖5是天然石墨/PS 混合體系的TEM 照片,石墨粒子是長條形,取向比(寬度與厚度比值很大,是典型的石墨粒子形狀,圖中的層離片層結(jié)構(gòu)說明復(fù)合材料中的石墨結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的改變。3結(jié)論天然石墨在濃硫酸中被高錳酸鉀部分氧化,得到保存部分石墨結(jié)構(gòu)的氧化石墨,氧化石墨中碳層間距因水的插層反應(yīng)而增大,當有氧化石墨存在的苯乙烯發(fā)生乳液聚合反應(yīng),可制得新型的石墨/PS 納米復(fù)合材料,還伴隨有插層聚合反應(yīng)。

9、參考文獻1張莉莉,趙樸素,張維光,等.層狀新型納米復(fù)合功能材料研究進展J.化學(xué)世界,2005(10:632636.2龔文化,曾黎明.聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料研究進展J.化工新型材料,2002,30(4:3840.3Collins D.E.;Slamovich ,E.B.;Effect of processing temperatureon the morphology of hydrothermally derived barium titanate/polymer thin films J.Journal of Materials Research ,2000,15(8:18341841.。圖3

10、GO 與GO/PS 的XRD 圖圖5天然石墨/聚苯乙烯復(fù)合材料的TEM 圖圖4氧化石墨/聚苯乙烯復(fù)合材料的TEM 圖16總第144期2006年第6期安徽化工Preparation of GO/PS Nano-compositeWANG Bin ,Ma Xiang-mei(The Department of Chemical Engineering ,Anhui University of Science and Technology ,Huainan 232001,China Abstract :A new polystyrene-intercalated graphite oxide/pol

11、ystyrene nano-composite was prepared by emulsion polymerization of styrene in the presence of graphite oxide.Graphite oxide (GO was synthesized by the oxidization of natural graphite powder with KMnO 4in the concentrated sulfuric acid.The functional groups and the microstructure of the oxidized grap

12、hite ,and the nano-composite were carefully characterized using various techniques ,including FTIR ,XRD ,TEM and element analysis.Key words :emulsion polymerization ;PS ;oxidized graphite ;nano-composited materials4Boiteux.G.,Fournier.J.,Issotier.D.,et al.Conductive thermosetcomposites :PTC effect J

13、.Synthetic Metals ,1999,102(1-3:12341235.5錢家盛,何平笙.功能性聚合物基納米復(fù)合材料J.功能材料,2003,34(4:371374.6王貴欣,瞿美臻,陳利,等.碳納米管用作超級電容器電極材料J.化學(xué)通報,2004(3:185191.7易回陽,肖建中,王敬豐,等.碳系分散體填充聚合物基PTC 復(fù)合材料的研究進展J.材料導(dǎo)報,2003,17(10:7173.8代坤,許向彬,李忠明,等.炭黑填充PET/PE 導(dǎo)電原位微纖化復(fù)合材料J.高分子材料科學(xué)與工程,2005,21(5:201204.9靳武剛.碳纖維在電磁屏蔽材料中的應(yīng)用研究J.高科技纖維與應(yīng)用,200

14、3,28(4:913.1前言純棉織物是由不同數(shù)目二糖單元縮聚為葡萄糖苷連接而成的天然高分子纖維產(chǎn)品1,因其具有手感柔軟,穿著舒適,透氣性好等優(yōu)點而倍受消費者青睞,然而它也存在容易起皺,縮水等缺點。探索其抗皺免燙整理新技術(shù),可滿足消費者的現(xiàn)代審美情趣和高雅的穿著需求,既具有一定的理論和應(yīng)用價值,也具有良好的社會經(jīng)濟意義。目前發(fā)達國家特別是美國、日本等對服裝的品質(zhì)要求嚴格,其中貼身服裝布面游離甲醛含量質(zhì)量分數(shù)不超過75×10-6,非貼身服裝布面游離甲醛含量質(zhì)量分數(shù)不超過300×10-6,傳統(tǒng)的二羥甲基二羥基乙烯脲及其醚化產(chǎn)品作為整理劑一般布面游離甲醛含量質(zhì)量分數(shù)超過600

15、15;10-6,很難達到上述要求。本文探討的聚馬來酸檸檬酸酯合成及應(yīng)用工藝不含甲醛,整理織物性能良好,是一種新型環(huán)?？椢锟拱櫿韯?實驗部分2.1主要原料及儀器馬來酸酐,檸檬酸,硫酸鐵銨,雙氧水,次磷酸鈉;純棉平布30×30;YG541A 織物折皺彈性儀,YG065型電子織物強力實驗儀。在一個裝有溫度計、回流冷凝管、攪拌器的四口反聚馬來酸檸檬酸酯的合成與應(yīng)用危想平(荊門職業(yè)技術(shù)學(xué)院化工系,湖北荊門448024摘要:采用馬來酸酐水相聚合生成聚馬來酸酐,然后與檸檬酸酯化合成可固化的印染助劑聚多元羧酸酯。探索其對棉織物抗皺整理效果,結(jié)果表明,聚馬來酸檸檬酸酯是一種值得研究開發(fā)的新型無甲醛環(huán)保印染助劑。關(guān)鍵詞:聚馬來酸檸檬酸酯;合成;防皺整理劑中圖分類號:TS195.55文獻標識碼:A文章編號:1008-553X (200606-0017-02收稿日期:2006-09-21作者簡介:危想平(1971-,男,副教授,1994年畢業(yè)于北京服裝學(xué)院化工系,主要從事化工專業(yè)教學(xué)和化工助劑的開發(fā)及應(yīng)用研究工作,130*,xpwei71 。""""""""