石墨烯改性聚烯烃材料开题报告

1. 研究目的与意义

聚烯烃由于价格低廉、质轻、易加工成型和综合性能优良等特点，在生活与工业中广泛应用。但同时聚烯烃也有强度低、尺寸稳定性差及不能满足抗静电等功能性应用。因此为了改善聚烯烃的性能、拓宽其应用范围，需对其进行改性。石墨烯作为新型的二维碳材料，具有优异的力学、电学、热学等性能，将其用来改性聚烯烃具有较大的潜在应用价值。此外石墨烯改性与聚合物二元复合的理论研究还十分匮乏，作用机理还有待完善，需要不断探索更有效的功能化方法，明确功能化石墨烯对聚合物基体的改性作用机理，控制反应条件等来完善石墨烯／纳米复合材料的制备。

2. 国内外研究现状分析

潘镱等分别以低含氧量炭黑 (CB1) 和高含氧量炭黑 (CB2) 为添加剂，以 PEHD 为基体制备了导电复合材料。与碳粒子填充极性聚合物相反，表面含氧量高的 CB2 填充PEHD 复合物的渗流阈值低。李建华等利用可膨化石墨 (EGP) 和低密度聚乙烯 (PELD) 制备导电复合材料，当EGP 质量分数为 35% 时，电阻率相对于质量分数为 20% 降低了近 6 个数量级，继续增加 EGP 含量后电阻率变化不大。应宗荣等以膨胀石墨和可膨胀石墨为添加剂、PP 为基体制备了兼具导电与阻燃性能的复合材料。。Xu等人在剪切力的作用下，将石墨烯片和pp通过原位复合技术制备了纳米复合材料，研究发现低剪切作用时，复合材料的结晶度有所提高；而在高剪切的作用下结晶度的提高更加明显。Qiu等人利用熔融共混法，将氧化石墨烯与MDI、硬酯酸（HST）反应制备了功能化氧化石墨烯，并将氧化石墨烯和功能化氧化石墨烯分别与PP进行熔融共混。结果表明，随着石墨烯含量的增加，复合材料的热稳定性能得到了提高，而功能化氧化石墨烯提高得更显著。

3. 研究的基本内容与计划

研究以现有的石墨烯材料，对通用聚烯烃（pe、pp）进行共混改性，探究石墨烯对通用聚烯烃功能化改性的可能。

1、pe:①分别以熔融共混法、改进熔融共混法、乙醇介质共混-熔融法三种复合方法分别制备高密度聚乙烯/石墨烯复合材料。②在不同条件准备充分后，按配比称取 hdpe 粉末与不同含量石墨烯，预混合均匀后加入到密炼机中熔融共混，密炼得到的 hdpe/石墨烯复合材料破碎造粒，用以制备导电性能测试试样。③按配比称取 hdpe 颗粒与 不同含量石墨烯的粒状母料，预混合均匀后加入挤出机中熔融共混，制得hdpe/石墨烯复合材料，并切粒用以制备力学性能测试试样。通过结构表征与性能测试后探讨出制得的hdpe/石墨烯复合材料最优导电性与最优力学性。

2、pp:①用插层-还原法制备膨胀石墨微片（eg）。②用热还原法制备了石墨烯片(t- r go)。③用化学还原法制备石墨烯片(c- r go)。④ pp/eg、pp/t- r go和pp/c- r go复合材料的制备用熔融共混法制备石墨微片/pp 复合材料。复合材料的石墨微片的含量(质量分数)分别为0、0.1%、0.3%、0.5%和1%。经结构表征和性能测试后，寻求最优性能比。

4. 研究创新点

特色：石墨烯与聚合材料混合，制成石墨烯复合材料，将会大大提高该材料的力学性能，导电性能及润滑性能。通过改性石墨烯，接枝烷烃，也可以用来改善石墨烯在聚烯烃中的分散性，和相容性。相容性越好，分散性越好，共混效果最佳。

创新：将石墨烯衍生物与有机材料相结合，使聚合物和氧化石墨烯通过范德瓦尔斯力、静电相互作用、ππ堆积作用、氢键作用或甚至化学反应相互作用，以实现石墨烯衍生物的共价或非共价功能化，制成功能化石墨烯聚合物复合材料，有着一些更加功能化的应用。