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本论文以改善石墨烯在聚氨酯中的分散性和界面相容性为目的,通过氧化石墨烯的功能化、聚氨酯的分子设计及创新共混复合方法等手段,制备了几种石墨塑与聚氨酯以不同作用方式形成的水性聚氨酯-石墨烯复合体系,并分别对其结构、形态和性能进行了分析和研究,主要内容如下:1)利用两亲共聚物poly(SS-co-AMPS)对石墨烯进行非共价键修饰,制备了一种在水或有机溶剂中均可稳定分散的功能化石墨烯FGNs。通过溶液混合的方式实现了FGNs在磺酸型水性聚氨酯(SWPU)中的均匀分散,制备了SWPU/FGNs复合体系。对复合体系的微观结构分析发现,FGNs呈高度剥离的状态均匀分散在聚氨酯中;对SWPU/FGNs的粘结强度与结晶性能的研究分析,由于FGNs可提高CWPU的结晶速率和结晶度,从而可显著改善其粘结强度;另外,FGNs将SWPU的导电率提升了5.5×1010倍,可达到0.39S.m-1结果表明,该方法所制备的聚氨酯/石墨烯复合体系在环保型聚氨酯导电粘合剂方面具有潜在的应用价值。2)将氧化石墨烯(GO)与过量的甲苯二异氰酸酯(TDI)反应后用水合肼处理,得到一种表面含伯氨基(-NH2)的功能化石墨烯NH2-graphene,然后以NH2-graphene为扩链剂通过原位聚合法制备了石墨烯共价键改性的水性聚氨酯分散液。由于石墨烯与聚氨酯之间存在共价键连接,NH2-graphene在复合体系中不仅可均匀分散,而且与聚氨酯之间具有较强的界面作用力,另外NH2-graphene可导致聚氨酯微相分离度的增加。性能研究发现,NH2-graphene可显著改善水性聚氨酯的力学、耐热和导热性能。3)将阳离子水性聚氨酯(CWPU)与GO水分散液混合,利用带正电荷的CWPU胶粒可通过静电作用吸附到带负电的GO表面发生共沉淀的原理制备了聚氨酯/石墨烯复合材料。研究发现,化学还原氧化石墨烯(RGO)与CWPU之间通过静电相互作用,均匀的分散在聚氨酯基体中;结果表明,CWPU/RGO的导电率和导热率比纯的CWPU分别提高了6.1倍和4.9×109倍;另外,涂覆了CWPU/RGO的PET膜的氧气透过率(OTR)可达0.6cm3.m-2 day-1,表现出优异的气体阻隔性能。4)将CWPU与GO的水分散液混合制备了CWPU/GO复合体系,研究了聚氨酯胶粒粒径、GO的pH值以及Zeta电位对体系稳定性的影响。研究发现,CWPU胶粒和片状GO通过静电吸附组成的CWPU/GO复合体受到重力、浮力、分散力和静电排斥等作叫力,其受力情况是决定复合体系稳定分散或沉淀的主要因素,当CWPU胶粒粒径小于100nm、GO的pH值为9.0左右时可得到稳定分散的复合体系。TEM和SEM的分析发现,GO可均匀地分散在复合体系中;结果表明,CWPU/GO的耐热、力学和氧气阻隔性能比纯的CWPU均有显著提高。