石墨烯(Graphene)是一类由单层碳原子通过共价键结合形成的碳类纳米材料,其内部为二维片层状结构,由安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫等于2004年首先制备得到。其独特的电性能、优异的机械和力学性能、导热性、低密度和高比表面积等使得其在许多领域中具备巨大的应用潜力,包括超级电容器、纳米电子学、催化剂、能量储存和活性材料转换器、传感器和复合材料增强等领域。聚酰亚胺(PI)具有优异的综合性能,如优良的机械性能、良好的加工性、耐化学性、低介电常以及耐热稳定性好等,因此被认为是一类重要的高性能聚合物,已被广泛用于航空航天、气体分离、燃料电池、汽车、微电子、光学和膜领域。然而,在PI的实际运用中存在着溶解性差、静电电荷易积累和散热差等问题。超支化聚合物的结构独特、物化性能优异,吸引了众多研究者的关注,特别是其末端存在一些官能团,可以进行功能化封端或者链接反应。将超支化结构引入到PI中,使其不仅保持了优良的耐高温稳定性、高强度、高模量等,而且超支化结构赋予其具有良好的有机溶解性、低粘度和无晶性。但是,由于超支化聚酰亚胺分子结构比较特殊,其综合性能或多或少存在着一些不理想。众所周知,通过对聚酰亚胺进行有机或无机杂化,或复合都可以提高其综合性能,进而使其得到更广泛地应用。石墨烯(GE)已被证明是一种可以作为添加物加入到PI材料中去,且对其部分性能有所改进,但这种改进是极为有限的,主要是存在与PI的难相容的问题。虽然GE/PI复合材料的界面作用问题可以通过改性GE使其表面活性基团和PI主链之间形成强的共价键来解决,但这种类型纳米复合材料的实际改善效果不如预期的好。将GE或改性GE加入到聚甲基丙烯酸甲酯、环氧树脂、聚苯胺等中去,能够改性其机械性能、热稳定性、电性能和气体阻隔性能。可惜的是,GE不能够稳定的分散在中水中。种子乳液聚合是最近发展迅速且用来制备聚合物乳液的方法之一。因此,本论文拟从以下方面开展研究工作:(1)首先以(3-氨丙基)三甲氧基硅烷对GO进行化学改性和还原反应,得到含有自由氨基的rGO-NH2,将其作为共聚单体与商品化的4,4’-二氨基二苯醚(ODA)单体和4,4’-氧双邻苯二甲酸酐(ODPA)、2,2-双(4-二羧酸基苯氧基苯基)丙烷(BPADA)等二酐单体,在N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中进行原位无规溶液共缩聚反应得到聚酰胺酸前驱体(PAA),然后在水平玻璃板上进行成膜,再经过热酰亚胺化制备出一系列不同含量的rGO-NH2/聚酰亚胺纳米复合材料。通过红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、X-光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)和拉曼光谱(Raman)表征对GO和rGO-NH2的化学结构、组成以及微观形貌的进行测试并来证实了改性和还原反应,奠定了后续聚合反应的基础。通过表征所制得的纳米复合材料的玻璃化转变温度、拉伸模量、断裂伸长率和拉伸强度(Tg)较纯的PI均有所提高,同时通过观察微观结构形貌来进一步研究了 rGO-NH2的加入量对相关性能的影响。(2)将依次经过3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)化学改性和还原得到的含有自由氨基的石墨烯(rGO-NH2)作为共聚单体,与商品化的二胺单体4,4’-二氨基二苯醚(ODA)和二酐单体均苯四甲酸二酐(PMDA)、1,4,5,8-萘四甲酸二酐(NTADA),在N,N’-二甲基甲酰胺(DMF)进行原位无规溶液共缩聚得到PAA前驱体溶液,然后在玻璃平板上流延成膜,最后进行热酰亚胺化得到一系列不同含量的还原的氧化石墨烯/聚酰亚胺(rGO/PI)纳米复合材料。对纳米复合材料的化学结构、组成和微观形貌的一系列测试和表征,且所制备的纳米复合材料在热稳定性和电性能方面得到显著提高。(3)在上述研究的基础上,自主合成出BB2’三胺单体——2,4,6-三(4-氨基苯基吡啶)(TAPP),再将KH-550改性的石墨烯(rGO-NH2)与商品化的六氟二酐(6FDA),采用溶液缩聚反应方法,通过不同的滴加工艺,分别制备出酐基封端超支化聚酰亚胺(AD-HBPI)、KH550-GE末端改性超支化聚酰亚胺((KH550-GE)-g-AD-HBP)和三元共聚KH550-GE改性超支化聚酰亚胺((KH550-GE)-co-HBPI)三种材料。不同的滴加工艺所制备的纳米复合材料在热稳定性和电性能方面也有所差异。(4)以实验室自制的新型乳化剂和十二烷基硫酸钠复配乳化剂,以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)和丙烯酸(AA)作为共聚反应单体,采用预乳化-半连续种子乳液聚合法,合成出画布涂料专用苯丙乳液。在此基础上,用油酸-十二烷基硫酸钠来改性石墨烯,采用预乳化半连续种子乳液聚合反应法来制备得到油酸-十二烷基硫酸钠改性石墨烯/苯丙乳液复合材料。相对于纯的苯丙乳液,油酸-十二烷基硫酸钠改性石墨烯/苯丙乳液复合纳米材料的热稳定性和抗静电性均得到提高。(5)采用预乳化半连续种子乳液聚合方法,首先将Tween 80和AE0-9进行醅化和璜化反应,其产物再与OP-10进行复配,以MMA、AA和BA为共聚单体制备从出颜料用高光丙烯酸酯乳液I;采用预乳化半连续种子乳液聚合法,以OP-10、烷基酚聚氧乙烯醚磺基琥珀酸二钠和脂肪醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠来复配乳化剂,以MMA、AA和BA为共聚单体,以双丙酮丙烯酰胺(DAAM)为功能性单体制备从出颜料用高光丙烯酸酯乳液II。利用红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)、粒径测试(PCS)等对上述两种高光聚合物乳液的结构和性能等进行了一系列的分析与表征。(6)在此基础之上,通过用油酸-十二烷基硫酸钠体系分别对GO和GE进行改性,继续采用上述复配型乳化剂,以MMA、BA、AA为单体,以过硫酸铵为引发剂,以羟甲基丙烯酰胺作为交联剂,采用种子乳液聚合法先后合成出纯丙乳液、油酸-十二烷基硫酸钠改性氧化石墨烯/聚合物乳液和油酸-十二烷基硫酸钠改性石墨烯/聚合物乳液,对三种聚合物乳液的结构和性能进行了表征与分析。综上所述,本论文通过APTMS、KH550和油酸-十二烷基硫酸钠等对GO进行化学改性和还原,得到不同类型的rGO或rGO-NH2,分别采用溶液缩聚和种子乳液聚合方法进一步制备出一系列高性能的聚合物纳米复合材料,这为发展功能多样化的聚合物纳米复合材料提供了一些有益的尝试。