氧化石墨烯化学改性及其在高分子基体中的取向构筑

利用二异氰酸酯提高氧化石墨烯表面反应活性后、与长链脂肪醇（或酸或胺）反应制备改性氧化石墨烯（mGO），然后将mGO与高分子混合后，经自行设计的取向挤出设备挤出，实现在熔融状态下mGO在聚丙烯（PP）基体中完全剥离、均匀分散、高取向构筑。并且通过增减取向单元个数来调节mGO在PP基体中的取向分布程度。利用SEM、TEM、AFM、拉曼光谱、气体渗透仪等手段定量或半定量化表征mGO在PP基体中的取向度。研究mGO取向前后以及不同取向程度对PP/mGO 复合材料的力学性能、阻隔性能、结晶性能、流变性能、阻燃性能等影响。发现新的性能，揭示新的规律；为制备高性能多功能的高分子复合材料提供新的途径，为填料在高分子基体中取向构筑以及高分子复合材料形态调控的研究和应用提供理论依据，具有重要的理论意义和应用前景。

聚合物基功能复合材料的研制和开发是目前材料研究领域的热点。然而，复合材料的性能取决于材料内部的多层次结构。填料粒子取向排布是一种在材料结构设计上具有较大价值的有效途径。本项目自行搭建了填料粒子取向挤出体系，通过该系统实现了长径比较大的填料粒子在高分子基体内的取向分布。该挤出系统不仅可以使具有一定长径比的填料发生可控取向，获得高性能聚合物基纳米复合材料，而且还可以利用两种高分子加工温度窗口差异制备原位成纤的高分子合金材料。因此，该技术在高分子复合材料形态调控方面具有非常广阔的理论研究价值和应用前景。.利用该取向挤出系统成功地制备了玻璃纤维（GF）、滑石（Talc）、碳纳米管（CNTs）高度取向的聚丙烯（iPP）基复合材料，研究了该类复合材料的结构与性能的关系。研究发现填料粒子的取向有助于提高复合材料的力学性能、阻隔性能、结晶性能以及耐热性能，并建立高取向不同类型的填料粒子对聚合物基复合材料的增韧增强机制及失效机理。同时，还研究了附生横晶对复合材料结构与性能的影响。.为了制备高取向、分散均匀的iPP/石墨烯纳米复合材料，我们对石墨烯进行了改性。用二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）、硬脂酸（HSt）与氧化石墨烯（GO）反应制备了功能化氧化石墨烯（FGs）。该方法制备的FGs具有较高的热稳定性，使其在大部分高分子成型加工温度范围内保持不分解。另一方面，FGs与非极性iPP之间表现出较好的相容性，降低了FGs团聚作用，进一步提高iPP的整体性能。另外还制备了极性较强的氧化石墨烯（mGO），并研究了其与聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）之间的相互作用，成功制备了性能优异的PVC/mGO、PU/mGO纳米复合材料。.最后，利用取向挤出系统制备了高度取向且分散均匀的iPP/FGs纳米复合材料，研究发现该复合材料具有较高弹性模量、拉伸强度、阻隔性能和抗静电性能。该复合材料的成功制备为开发高性能聚丙烯材料、或聚丙烯功能化提供了很好的思路。