Fe3O4、碳納米管及石墨烯增強再生纖維素膜的研究.pdf

1、由于石油資源日益枯竭以及石油制品生產(chǎn)的非降解塑料引起的環(huán)境污染日益嚴(yán)重，研究和開發(fā)以天然高分子為原料的新高分子材料已成為本世紀(jì)高分子領(lǐng)域的重要課題之一。纖維素是地球上最豐富的天然高分子，具有獨特的性質(zhì)，如無毒、安全、生物可降解性、生物相容性、親水性、化學(xué)穩(wěn)定性等，且價格低廉。目前，以纖維素為原料的再生纖維素制品如微孔膜和化學(xué)纖維已廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。
　　 本論文用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑氯([Bmin]Cl)溶解纖維素

2、，分別制備Fe3O4、碳納米管和石墨烯增強再生纖維膜并研究其結(jié)構(gòu)與性能。論文主要分為以下四個部分：
　　 (1)磁性復(fù)合膜具有廣泛的潛在應(yīng)用，我們首先用刮膜的方法制備出再生纖維素膜，接著以再生纖維素膜作為基體，采用原位共沉淀法將Fe3O4納米粒子附著到再生纖維素膜上。掃描電子顯微鏡和X射線衍射的結(jié)果顯示，球形的Fe3O4納米粒子能均勻分散和固定在再生纖維素膜基體上，F(xiàn)e3O4納米粒子的結(jié)構(gòu)在膜表面保存完好。傅立葉紅外光譜表明，F(xiàn)

3、e3O4納米粒子與再生纖維膜之間存在強烈的作用力，這樣導(dǎo)致了磁性粒子能在膜表面形成，熱重測試顯示，隨著復(fù)合膜中Fe3O4的摩爾分?jǐn)?shù)從0.01增加到0.5，復(fù)合膜在空氣環(huán)境燒后的殘留量從6.8％提高到28.3%。同時復(fù)合膜顯示出顯著的力學(xué)強度。原位共沉淀的方法簡單、易行，為制備纖維素基復(fù)合物提供了很好的途徑。
　　 (2)碳納米管的一維管狀結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)，在納米電子器件、復(fù)合材料和催化劑等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。我們

4、使用溶液共混方法制備出多壁碳納米管/再生纖維素復(fù)合膜，使用了X射線衍射、傅立葉變換紅外光譜、掃描電子顯微鏡和機械測試儀對復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進行了測試。結(jié)果顯示，當(dāng)多壁碳納米管的填充量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時，碳納米管/再生纖維素復(fù)合膜的抗張強度和抗張模量相對于純纖維素膜分別提高了184%和54%。復(fù)合膜的強度和韌性能同時得到提高的原因有：多壁碳納米管納米片能均勻分散在再生纖維素基體內(nèi)，多壁碳納米管與再生纖維素膜間具有強烈的氫鍵作用。

5、r>　　 (3)石墨烯因為具有優(yōu)異的物理和化學(xué)修飾性而得到人們的廣泛關(guān)注。我們使用簡單的溶液共混方法制備出石墨烯/再生纖維素復(fù)合膜，使用了X射線衍射、傅立葉變換紅外光譜、掃描電子顯微鏡和力學(xué)測試儀對復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進行了測試。結(jié)果顯示，當(dāng)石墨烯的填充量為5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時，石墨烯/再生纖維素復(fù)合膜的抗張強度和抗張模量分別提高了137%和95%。復(fù)合膜的強度和韌性能同時得到提高的原因有：石墨烯納米片能均勻分散在再生纖維素基體內(nèi)，并

6、呈平行排列；石墨烯與再生纖維素膜間具有強烈的氫鍵作用，同時石墨烯的添加顯著提高了復(fù)合膜的結(jié)晶度。
　　 (4)盡管最近幾年以石墨烯為基體的材料發(fā)展迅速，但是石墨烯填充高分子材料的報道卻較少，主要原因是石墨烯納米片很難以分子尺度分散在高聚物基體中。我們以剝落氧化石墨烯作為骨架，采用層層自組裝的方法制備出氧化石墨烯/再生纖維素多層膜。場發(fā)射掃面電子顯微鏡測試結(jié)果顯示多層膜是層狀結(jié)構(gòu)，50層膜的厚度為20μm，則每單層膜的厚度大約為4