高阻隔石墨烯/聚烯烃纳米复合材料制备与结构性能研究

聚烯烃的气体阻隔性能差，限制了其在医用阻隔材料如负压真空采血管、输液袋等方面的应用，一个潜在有效的解决方法是将具有高比表面积的石墨烯与聚烯烃复合制备石墨烯/聚烯烃纳米复合材料。然而由于石墨烯与聚烯烃之间极弱的界面相互作用和聚烯烃在石墨烯表面润湿困难，使得石墨烯在聚烯烃中难以均匀分散，因此在低石墨烯含量下制备具有优良气体阻隔性聚烯烃基纳米复合材料非常困难。针对这一问题，本项目通过采用氟化长碳链单体对石墨烯进行表面功能化和带芳香环的聚烯烃接枝物作为增容剂的方法，来提高石墨烯与聚烯烃之间的界面粘合，促进石墨烯在聚烯烃基体中分散。研究石墨烯与聚烯烃两相之间的界面强度及石墨烯在聚烯烃基体中的分散状态之间的关系。揭示石墨烯的分散度对复合材料气体阻隔性能的影响，表征石墨烯/聚烯烃纳米复合材料的生物相容性，建立界面性质-形态结构-气体阻隔性能之间的关系，为制备高气体阻隔性能聚烯烃医用材料提供新的方法。

本项目采用甲苯-2,4-二异氰酸酯作为桥联剂，四臂星型聚乙二醇共价修饰氧化石墨烯成功合成，该方法操作简单，原料相对便宜，是一种较大量生产聚乙二醇功能化氧化石墨烯的有效方法，促进了聚乙二醇修饰氧化石墨烯的进一步应用。采用傅里叶红外光谱、原子力显微镜、热重分析、透射电子显微镜表征产物，分析结果表明该反应成功进行，且接枝密度较高，接枝产物在水中分散性良好。采用SEBS-g-MAH作为基体材料与G-ODA进行复合， G-ODA与SEBS-g-MAH基体显示出良好的分散性和强的粘附作用。TEM、FTIR和流变数据表明：复合材料中G-ODA的含量仅为0.5 wt%，其储能模量较纯SEBS-g-MAH有大幅提升，这得益于基体材料中石墨烯网络的形成。复合材料的拉伸性能较纯样界面相互作用。最高有69%的提高，从纯SEBS-g-MAH的1.94MPa到2 wt%复合材料的3.28MPa。频率1Hz时，复合材料较纯SEBS-g-MAH，交流电导率由2.5E-16 S/cm到1.2E-11S/cm。这些性能的提升，得益于G-ODA与SEBS-g-MAH基体之间良好的分散性和强的界面相互作用。