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壳聚糖-氧化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的原位溶液聚合及性能

张钊滟 马帅 卢鑫 郑玉婴 林腾飞

张钊滟, 马帅, 卢鑫, 等. 壳聚糖-氧化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的原位溶液聚合及性能[J]. 复合材料学报, 2020, 37(11): 1-9 doi:  10.13801/j.cnki.fhclxb.20200302.002
引用本文: 张钊滟, 马帅, 卢鑫, 等. 壳聚糖-氧化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的原位溶液聚合及性能[J]. 复合材料学报, 2020, 37(11): 1-9 doi:  10.13801/j.cnki.fhclxb.20200302.002
Zhaoyan ZHANG, Shuai MA, Xin LU, Yuying ZHENG, Tengfei LIN. In-situ solution polymerization and properties of chitosan-graphene oxide/thermoplastic polyurethane composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200302.002
Citation: Zhaoyan ZHANG, Shuai MA, Xin LU, Yuying ZHENG, Tengfei LIN. In-situ solution polymerization and properties of chitosan-graphene oxide/thermoplastic polyurethane composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200302.002

壳聚糖-氧化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的原位溶液聚合及性能

doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200302.002
详细信息
    通讯作者:

    郑玉婴,博士,教授,博士生导师,研究方向为功能高分子复合材料 E-mail:yyzheng@fzu.edu.cn

    林腾飞,博士,讲师,研究方向为高分子复合材料  E-mail:tflin@fzu.edu.cn

  • 中图分类号: TB332

In-situ solution polymerization and properties of chitosan-graphene oxide/thermoplastic polyurethane composites

  • 摘要: 为了制备高力学性能、阻隔性能和导热性能的热塑性聚氨酯(TPU)复合材料,采用改进的原位溶液聚合法,将壳聚糖改性的氧化石墨烯(CS-GO)与TPU预聚体接枝,再经扩链反应得到CS-GO/TPU复合材料。利用FTIR、XRD、FESEM对CS-GO进行表征,并采用万能试验机、氧气透过仪和导热仪对CS-GO/TPU复合材料的性能进行测试分析。结果表明:CS与GO之间存在氢键作用,CS-GO在TPU基体中的分散性优于GO。CS-GO的均匀分散有效阻隔了O2的渗透,提高了CS-GO/TPU复合材料的阻隔性能。CS-GO与TPU基体之间的相互作用有利于应力载荷的传递和导热网络的形成,与纯TPU相比,当CS-GO含量为1wt%时,CS-GO/TPU复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了106.8%和111.2%,导热系数提高了1.55倍。
  • 图  1  壳聚糖-氧化石墨烯(CS-GO)的结构示意图

    Figure  1.  Schematic illustration of chitosan-graphene oxide (CS-GO)

    图  2  CS-GO/热塑性聚氨酯(TPU)和GO/TPU复合材料制备流程

    Figure  2.  Schematic illustration of CS-GO/thermoplastic polyurethane(TPU) and GO/TPU composites

    PTMG—Polytetramethylene ether glycol; MDI—4,4’-methylene diisocyanate; BDO—1,4-butanediol; DTBL—Dibutyltin dilaurate

    图  3  GO、CS和CS-GO的FTIR图谱

    Figure  3.  FTIR spectra of GO, CS and CS-GO

    图  4  GO、CS和CS-GO的XRD图谱

    Figure  4.  XRD patterns of GO,CS and CS-GO

    图  5  CS(a)、GO(b)和CS-GO(c)的FESEM图像

    Figure  5.  FESEM images of CS(a), GO(b) and CS-GO(c)

    图  6  纯TPU(a)、CS-GO含量分别为0.25wt%(b)、0.5wt%(c)、0.75wt%(d)、1wt%(e)、1.25wt%(f)的CS-GO/TPU复合材料断面的FESEM图像

    Figure  6.  FESEM images of fracture surfaces of pristine TPU(a) and CS-GO/TPU composites with CS-GO mass fraction of 0.25wt%(b), 0.5wt%(c), 0.75wt%(d), 1wt%(e), 1.25wt%(f)

    图  7  GO含量分别为0.25wt%(a)、0.5wt%(b)、0.75wt%(c)的GO/TPU复合材料断面的FESEM图像

    Figure  7.  FESEM images of fracture surfaces of GO/TPU composites with GO mass fraction of 0.25wt%(a), 0.5wt%(b), 0.75wt%(c)

    图  8  GO/TPU和CS-GO/TPU复合材料的拉伸强度和断裂伸长率

    Figure  8.  Tensile strength and elongation at break of GO/TPU and CS-GO/TPU composites

    图  9  GO/TPU和CS-GO/TPU复合材料的O2透过率

    Figure  9.  O2 transmission rate of GO/TPU and CS-GO/TPU composites

    图  10  GO/TPU和CS-GO/TPU复合材料的导热系数

    Figure  10.  Thermal conductivity of GO/TPU and CS-GO/TPU composites

  • [1] 曹宁宁, 郑玉婴, 刘阳龙, 等. 层叠状功能化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜的制备与性能[J]. 复合材料学报, 2016, 33(7):1371-1381.

    CAO N N, ZHENG Y Y, LIU Y L, et al. Fabrication and properties of stack-like functionalized graphene nanoribbons/TPU composite films[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2016,33(7):1371-1381(in Chinese).
    [2] DADBAKHSH S, VERBELEN L, VANDEPUTTE T, et al. Effect of powder size and shape on the SLS processability and mechanical properties of a TPU elastomer[J]. Physics Procedia,2016,83:971-980. doi:  10.1016/j.phpro.2016.08.102
    [3] XIAO J H, GAO Y F. The manufacture of 3D printing of medical grade TPU[J]. Progress in Additive Manufacturing,2017,2(3):117-123. doi:  10.1007/s40964-017-0023-1
    [4] 余芳, 张才前, 马艳萍. TPU-羊毛机织物复合防水透湿织物的开发[J]. 毛纺科技, 2017, 45(9):34-37.

    YU F, ZHANG C Q, MA Y P. Development of TPU-wool woven laminate waterproof and moisture permeable fabrics[J]. Wool Textile Journal,2017,45(9):34-37(in Chinese).
    [5] 欧忠星, 郑玉婴, 肖东升, 等. 功能化改性还原氧化石墨烯-碳纳米管/热塑性聚氨酯复合材料膜的制备及性能[J]. 复合材料学报, 2016, 33(3):486-494.

    OU Z X, ZHENG Y Y, XIAO D S, et al. Prepararion and properties of functional modification reduced graphene oxide-carbon nanotubes/thermoplastic polyurethane composite films[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2016,33(3):486-494(in Chinese).
    [6] DERVIN S, DIONYSIOU D D, PILLAI S C. 2D nanostructures for water purification: Graphene and beyond[J]. Nanoscale,2016,8(33):15115-15131. doi:  10.1039/C6NR04508A
    [7] KANG D H, SEO K S, LEE H Y, et al. Experimental study on mechanical strength of GO-cement composites[J]. Construction and Building Materials,2017,131:303-308. doi:  10.1016/j.conbuildmat.2016.11.083
    [8] ZHAO L, SUN H, KIM N, et al. Hydrogen gas barrier property of polyelectrolyte/GO layer-by-layer films[J]. Journal of Applied Polymer Science,2015,132(20):41973.
    [9] 高玲玲, 王振宇, 饶伟丽, 等. 骨胶原蛋白-壳聚糖共混膜中分子间作用红外光谱分析[J]. 农业工程学报, 2018, 34(3):285-291.

    GAO L L, WANG Z Y, RAO W L, et al. Molecular interaction analysis between collagen and chitosan blend film based on infrared spectroscopy[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2018,34(3):285-291(in Chinese).
    [10] YU B W, XU J, LIU J H, et al. Adsorption behavior of copper ions on graphene oxide-chitosan aerogel[J]. Journal of Environmental Chemical Engineering,2013,1(4):1044-1050. doi:  10.1016/j.jece.2013.08.017
    [11] 张中勋, 刘霞, 刘杨, 等. 氧化石墨烯修饰壳聚糖药物载体的构建[J]. 高分子材料科学与工程, 2019, 35(8):137-143.

    ZHANG Z X, LIU X, LIU Y, et al. Construction of graphene oxide modified chitosan drug carrier[J]. Polymer Materials Science & Engineering,2019,35(8):137-143(in Chinese).
    [12] PAN Y Z, WU T F, BAO H Q, et al. Green fabrication of chitosan films reinforced with parallel aligned graphene oxide[J]. Carbohydrate Polymers,2011,83(4):1908-1915. doi:  10.1016/j.carbpol.2010.10.054
    [13] 白静静, 尹建宇, 高雄. 异氰酸酯功能化氧化石墨烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备与性能[J]. 复合材料学报, 2018, 35(7):1683-1690.

    BAI J J, YIN J Y, GAO X. Preparation and characterization of isocyanate functionalized graphene oxide/thermoplastic polyurethane elastomer composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2018,35(7):1683-1690(in Chinese).
    [14] CHEN D Q, CHEN G H. In situ synthesis of thermoplastic polyurethane/graphene nanoplatelets conductive composite by ball milling[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites,2013,32(5):300-307. doi:  10.1177/0731684412471230
    [15] YEH T F, SYU J M, CHENG C, et al. Graphite oxide as a photocatalyst for hydrogen production from water[J]. Advanced Functional Materials,2010,20(14):2255-2262. doi:  10.1002/adfm.201000274
    [16] 中国国家标准化管理委员会. 硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定: GB/T 528—2009[S]. 北京: 中国标准出版社, 2009.

    Standardization Administration of the People’s Republic of China. Rubber, vulcanized or thermoplastic: Determination of tensile stress-strain properties: GB/T 528—2009[S]. Beijing: China Standards Press, 2009(in Chinese).
    [17] 中国国家标准化管理委员会. 塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法: 压差法: GB/T 1038—2000[S]. 北京: 中国标准出版社, 2000.

    Standardization Administration of the People’s Republic of China. Determination of gas transmission for plastics film and sheeting: Differential-pressure method: GB/T 1038—2000[S]. Beijing: China Standards Press, 2000(in Chinese).
    [18] SAMUELS R J. Solid state characterization of the structure of chitosan films[J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry,2010,19(7):1081-1105.
    [19] 樊志敏, 郑玉婴, 刘先斌, 等. 功能氧化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料薄膜的制备及阻隔性能[J]. 复合材料学报, 2015, 32(3):705-711.

    FAN Z M, ZHENG Y Y, LIU X B, et al. Preparation and barrier properties of functional graphene oxide/thermoplastic polyurethane composite films[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2015,32(3):705-711(in Chinese).
    [20] 符博支, 高洋洋, 冯予星, 等. 聚合物纳米石墨烯复合材料导热性能研究进展[J]. 功能材料, 2019, 50(8):8065-8075.

    FU B J, GAO Y Y, FENG Y X, et al. Progress in thermal conductivity of polymer nano-graphene nanocomposites[J]. Journal of Functional Materials,2019,50(8):8065-8075(in Chinese).
  • [1] 孙伟, 柏跃磊, 张强, 刘玉坤, 朱春城.  碳纳米管-Ti3AlC2/AZ91D复合材料的微观组织及力学性能, 复合材料学报. 2020, 37(7): 1649-1656. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191128.002
    [2] 杨春风, 李勰, 张颖鑫, 王婷婷, 王会.  原位聚合法制备聚丙烯酸修饰的ZnS量子点, 复合材料学报. 2020, 37(9): 2258-2264. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200103.003
    [3] 陈宇飞, 代国庆, 田麒源, 董磊, 崔巍巍, 滕成君.  Al2O3与两种热塑性树脂协同改性双马来酰亚胺基复合材料微观结构与性能, 复合材料学报. 2020, 37(6): 1260-1267. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190925.001
    [4] 胡江波, 薛向晨, 郑晓玲, 梁宪珠.  叠层滑移工艺对M21C层压板力学性能的影响, 复合材料学报. 2020, 37(5): 1184-1190. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190816.001
    [5] 王彩萍, 张家华, 王晓杰.  各向异性不同含量羟基铁粉颗粒/磁性聚氨酯泡沫的可控力学和声学性能, 复合材料学报. 2020, 37(12): 1-9. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200401.001
    [6] 郭小农, 王丽, 罗永峰, 徐航, 邹家敏.  CFRP增强铝合金叠层复合材料短柱力学性能, 复合材料学报. 2020, 37(): 1-13.
    [7] 张庆法, 任夏瑾, 吴娟娟, 于文凡, 徐航, 蔡红珍.  活性炭/高密度聚乙烯复合材料的力学性能, 复合材料学报. 2020, 37(11): 1-9. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200224.001
    [8] 卢文玉, 蔡红珍, 于文凡, 徐航, 韩祥生.  枣核/低密度聚乙烯复合材料的力学性能, 复合材料学报. 2020, 37(): 1-8. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200000.00000
    [9] 黄鑫, 姜景山, 孙天洋, 蒋威.  玄武岩-碳纤维/矿渣混凝土力学性能正交试验, 复合材料学报. 2020, 37(7): 1743-1753. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190930.001
    [10] 薛彦庆, 郝启堂, 李新雷, 魏典, 李博, 余量量.  Mg对原位自生TiB2/Al-4.5Cu复合材料微观组织及力学性能的影响, 复合材料学报. 2020, 37(): 1-10.
    [11] 王怡然, 高义民, 李烨飞, 赵四勇, 李梦婷.  石墨镀Sn调控对石墨/Cu复合材料组织及力学性能的影响, 复合材料学报. 2020, 37(): 1-10.
    [12] 孙范忱, 郭静, 杨强, 于跃, 赵亚博.  EDC-NHS交联壳聚糖-聚氧化乙烯-丝素蛋白静电纺丝纳米纤维的制备及生物相容性, 复合材料学报. 2020, 37(11): 1-8. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200421.002
    [13] 汪蔚, 曹建达, 郑敏敏, 陈婷婷, 杨李懿.  BN表面沉积纳米Sn对BN/环氧树脂复合材料导热绝缘性能的影响, 复合材料学报. 2020, 37(7): 1547-1554. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191113.005
    [14] 张淑娟, 杨婕妤, 张翊青, 万正睿, 周立群, 王念贵.  Pd-Sn-Co纳米粒子修饰还原氧化石墨烯/CuBi2O4复合材料的制备及电催化性能, 复合材料学报. 2020, 37(6): 1442-1449. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191219.003
    [15] 胡晓兰, 周川, 代少伟, 刘文军, 李伟东, 周玉敬, 邱虹, 白华.  氧化石墨烯改性不同表面性质的碳纤维/环氧树脂复合材料的微观形貌与动态热力学性能, 复合材料学报. 2020, 37(5): 1070-1080. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191021.001
    [16] 李娜, 李晓屿, 刘丽, 汪路遥, 徐少东, 杨建成, 黄玉东, 王彩凤.  电泳沉积氧化石墨烯的碳纤维表面改性及其增强环氧树脂复合材料界面性能, 复合材料学报. 2020, 37(7): 1571-1580. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20191120.001
    [17] 刘文军, 严建龙, 周川, 李伟东, 周玉敬, 邱虹, 白华, 胡晓兰.  氧化石墨烯改性碳纤维/环氧树脂复合材料的湿热性能及微观形貌, 复合材料学报. 2020, 37(): 1-12.
    [18] 巩桂芬, 曹景飞, 邹明贵.  共纺聚乙烯-乙烯醇锂-热塑性聚氨酯锂离子电池隔膜热力学及电化学性能, 复合材料学报. 2020, 37(5): 1063-1069. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190924.001
    [19] 欧华杰, 陈港, 朱朋辉, 魏渊, 李方.  纳米纤维素-碳纳米管/热塑性聚氨酯复合薄膜的制备及应变响应性能, 复合材料学报. 2020, 37(11): 1-9. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20200306.003
    [20] 孙琦, 周宏, 张航, 刘国隆.  改性凹凸棒土-氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的力学性能和热电性能, 复合材料学报. 2020, 37(5): 1056-1062. doi: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20190918.002
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-10
  • 录用日期:  2020-02-18
  • 网络出版日期:  2020-03-03

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