文摘gydF4y2Ba
微孔聚氨酯(微控制器)被修改添加0.25% -1.25 wt %减少氧化石墨烯(RGO)。没有溶剂通过准备的材料gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba聚合。从技术的角度来看,它是非常重要的获得通过使用反应化合物功能材料。获得微处理器的热特性是研究使用TGA、DSC、DMA技术。nonmodified微孔聚氨酯相比,修改后的系统的热稳定性和力学性能有显著提高。相对应的温度最高降解率(gydF4y2Ba)纳米复合材料含有1%和1.25 wt % RGO 51°C高于纯微孔聚氨酯系统观察。抗拉强度的增加也观察到矩阵的0.5 wt % RGO nanofiller。gydF4y2Ba
1。介绍gydF4y2Ba
石墨烯是由spgydF4y2Ba2gydF4y2Ba碳原子连接在一起在一个二维蜂窝样结构。在发现它作为理论2 d层材料有效的生产已经进行了很多尝试。在工业方面实现石墨烯及其衍生物已成为纳米技术中最重要的材料之一。科学家从不同的科学领域,例如,物理,化学,和工程,试图找到最好的同素异形的形式在功能化的问题,例如,作为填料用于聚合物纳米复合材料。现在石墨烯是最有前途的材料之一,尽管许多问题和争议出现在研究石墨烯的优点,例如,在传感器和聚合物涂料。由于其独特的结构,石墨烯具有有趣的力学性能(高杨氏模量,大约1 TPa,抗拉强度、130 GPa) (gydF4y2Ba1gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),很好的储能,电气(10gydF4y2Ba−8gydF4y2BaΩ米)(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)和热(5300 W mgydF4y2Ba−1gydF4y2BaKgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2Ba2gydF4y2Ba,gydF4y2Ba9gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)电导率、容量、频率响应(类似于Si),和总体表面积(大约2600米gydF4y2Ba2gydF4y2BaggydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)[gydF4y2Ba12gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba17gydF4y2Ba]。一个最重要的应用程序现在在石墨烯复合材料是气体屏障属性;石墨烯衍生物可以作为保留墙与吸附能力(gydF4y2Ba18gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
多孔衍生品仍然被发明并进一步修改他们的参数可以更多样化。衍生品的生产方式从一个科学家到另一个不同,例如,使用悍马方法是最好的去准备,但时间已得到改进和进一步修改。降低石墨烯氧化物由这种方法的特点是低氧官能团的数量。这其中牵扯到的RGO有更好的比纯石墨烯compatibilization影响矩阵,和它很容易分散在复合系统(gydF4y2Ba21gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。RGO纳入聚合物矩阵显示更好的性能比未改性石墨烯聚氨酯。这一切都因为PUR的结构改变了添加填料的化学反应与矩阵由于单一极性基团。因此可以组成这两种改性热塑性材料有利和弹性效应:更好的刚性,硬度、延展性和抗拉强度。值得一提的是,粒子大小和分散性好也很重要尤其是电导率取决于渗滤阈值。gydF4y2Ba
系统评估以下所有复合参数被研究人员利用SEM争抢,XRD、DMA、拉曼和红外光谱方法(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba32gydF4y2Ba]。拉曼和红外光谱光谱矩阵谱分解的方法帮助通过收购表面形态、及其差异由于填充内容特征,层数,等等。XRD技术用于评估去表皮脱落和/或夹层的影响。DMA在粘弹性模量是不可替代的行为调查与温度和压力频率可以所有相关的这些材料的流变学。gydF4y2Ba
研究人员将强调共同利益现在的纳米材料。多功能性的弹性体与石墨烯仍在增长。纳米复合材料是适用于各个领域,例如,在微波吸收剂,航空航天、内胎,传感器、皮带、软管,地板和阻尼器。现在,他们正试图把它应用在太阳能电池,燃料电池,导电油墨,垫圈,人造肌肉,和电子产品更大的生产规模gydF4y2Ba33gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
本文的重点是研究微孔聚氨酯系统(微控制器)通过整合减少氧化石墨烯改性。通过修改聚合物基体即使少量的石墨烯,我们可以获得聚氨酯材料具有独特的机械和热性能。gydF4y2Ba
2。实验gydF4y2Ba
2.1。材料gydF4y2Ba
2.1.1。试剂gydF4y2Ba
天然鳞片石墨(NFG MICRONS850)提供的艾斯拜瑞碳市(邮政信箱144、405旧主圣。艾斯拜瑞,市08802年新泽西州,美国)。发烟硝酸(> 90%)、硫酸(95 - 98%),氯酸钾(98%),和盐酸(37%)来自Avantor波兰SA和性能材料作为收到。gydF4y2Ba
微孔系统,最初用于鞋底生产,从MB市场有限公司购买,波兰。它是基于多元醇(GF422波尔)(A)和交联剂(交叉。包含ethane-1 MB / 40/4,可)(B)和异氰酸酯的混合物(GT 991 ISO, 4, 4′亚甲基二苯基二异氰酸酯,o - (p-isocyanatobenzyl)异氰酸苯酯,diphenylomethyl-2, 4′-二异氰酸盐)(C)。gydF4y2Ba
2.2。制备了氧化石墨烯gydF4y2Ba
石墨烯氧化物是来自自然的片状石墨根据修改后的悍马的方法,所述Marcano et al。gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。数量100克粉干燥后获得了暂停。然后,减少通过热还原氧化石墨烯,之前使用烤箱预热到200°C,在30分钟在氩气氛下还原反应。最终产品验证了利用SEM和TEM技术。gydF4y2Ba
关于结构减少了氧化石墨烯的研究结果(RGO),其基质,石墨(G)、和中间产品,氧化石墨(去),被呈现在图gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba。根据从XRD谱获得的衍射极限,石墨层之间的距离计算。最大的G-band出席25°(2gydF4y2BaθgydF4y2Ba)这意味着平面间的距离大约是0.56海里。去,层正在蔓延至0.8 nm(11°)由于羟基和环氧键与碳层夹层。显著降低信号强度也明显G-band相比。RGO是应用于材料作为nanofiller没有可见的信号2gydF4y2BaθgydF4y2Ba价值可能由于高剥离和热还原后分裂。然而小,广泛的信号可以观察到26.4°。每一层对应于0.34 nm距离这意味着这种材料可以包含一些石墨结构的痕迹。高原在衍射图(图特征gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba)表明,石墨烯氧化物缺乏明显的顺序在其内部结构。结果是在良好的关系与数据由曹、张(gydF4y2Ba42gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba1 (b)gydF4y2Ba说明了RGO最突出的结果nanofiller。拉曼光谱表明D -和g频段可见分别为1350和1550 cmgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba。乐队D强度与表面缺陷和氧结合。G-band有关共轭双键碳键的数量负责材料的电导率。减少去RGO减少的羟基和羧基组明显降低d带强度的表面。热减少,然而,在共轭碳带和层数减少由于剥落和解吸(XPS分析的基础上作者计算氧气和碳含量,去了,34.5% c o和65.5%,和热减少形成RGO, 16.5% c o和83.5%)。这结果导致G-band强度损失。调查比率(gydF4y2Ba)如图gydF4y2Ba1 (b)gydF4y2Ba导致规模障碍存在于RGO结构和sp的平均大小成反比gydF4y2Ba2gydF4y2Ba集群。更好RGO比率相比,更有效的减少spgydF4y2Ba2gydF4y2Ba结构。更多信息的光谱特征RGO nanofiller聚氨酯纳米复合材料,特别是拉曼和红外光谱分析,提出了在我们之前出版gydF4y2Ba44gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
2.3。微孔合成gydF4y2Ba
微孔聚氨酯泡沫(微控制器)获得在一个实验室规模过程中从一个三分量(a、B和C)系统(MB市场有限公司、波兰)。组件由GF422波尔多元醇,RGO (nanofiller)。它是由激烈的机械搅拌60分钟6000 rpm。随后的声波降解法与超声波均质器执行另一个60分钟。在第一步中,组件与组件B混合,即交叉。MB / 40/4(交联剂)。接下来,nanoparticulated多元醇矩阵包含C链extender和组件,也就是说,GT 991 ISO(异氰酸酯),被加热到60°C。然后这两个组件混合在预定的质量比为10 3000 rpm使用分散涡轮式叶轮直径2.5厘米的60°C和70%相对湿度。由此产生的反应混合物倒进一个金属模具的近似尺寸20gydF4y2BaOne hundred.gydF4y2Ba140毫米,关闭,加热到60°C。所有微处理器样本储存在室温下48 h后脱模。gydF4y2Ba
基质的流变参数,用于获得聚氨酯材料降低石墨烯氧化物(去),由Brookfield R / S便携式旋转测量稳态剪切应力流变仪控制。同轴圆筒测量系统CC-14 (DIN 53019 / ISO 3219规范)是用于注册流程和粘度曲线。测量进行了50°C剪切率从0,9到100年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba在300秒的时间。剪切应力和粘度参数的分析剪切速率的函数提供了信息的流动行为nanofilled多元醇(数字gydF4y2Ba2(一个)gydF4y2Ba和gydF4y2Ba2 (b)gydF4y2Ba)。膈肌是安装在Ostwald-de Waele数学幂律模型:gydF4y2Ba,在那里gydF4y2Ba剪切应力,gydF4y2Ba是剪切速率,gydF4y2Ba是一致性指数,gydF4y2Ba流指数。多元醇混合物的粘度显著增加与减少氧化石墨(RGO)内容。这种效应是最突出的混合物,00,25% RGO。无疑更高nanofiller内容与增加粘度有关;这可能会导致在衬底制备混合问题。另一方面,我们可以肯定的是,我们在准备材料有良好的分散。计算流动指数小于统一对所有测量样本。这意味着多元醇属于剪切稀化,假塑性液体。存在RGO nanofillers多元醇混合物(图的一致性和粘度增加gydF4y2Ba2(一个)gydF4y2Ba)。减少gydF4y2Ba值的函数nanofiller浓度意味着物质倾向于更多的假塑性行为的具体nanofiller取向的调查材料。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
2.4。描述gydF4y2Ba
微控制器样品的微孔结构特点是通过使用一个范广达250 FEG扫描电子显微镜(20 kV,最小的致命剂量探测器)。样本将根据所需的尺寸在环境温度。热重分析(TGA)进行氮气氛下NETZSCH TG 209仪器使用10毫克样品在一个温度范围从40到700°C和升温速率的20°C /分钟。差示扫描量热法(DSC)进行了DSC 204 F1凤凰装置氮气气氛下在一个温度范围从85−200°C。抗拉强度进行了测试使用茨威格/ Roell Z020通用机械测试(ISO 527 - 1)。升温速率大约是10°C /分钟。机械性能测量在动态模式(单悬臂)使用一个助教DMA Q800装置在一个温度范围从85−150°C,在4°C /分钟的加热速度,和10赫兹的频率。肖氏硬度D型估计通过使用茨威格3131按照PN-ISO硬度计868。聚氨酯纳米复合材料泡沫密度的计算根据ISO 845:2006 (E)的基础上测量的尺寸和重量,立方样本。依照PN-EN吸水特点是ISO 62: 2008。 Dried disks (20 mm in diameter and 10 mm thick) were immersed in distilled water at room temperature for 24 h.
3所示。结果与讨论gydF4y2Ba
3.1。热性能gydF4y2Ba
研究材料的热稳定性是评价热重分析(TGA)和见图gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba显示了从TGA曲线的分析结果。很明显,减少了氧化石墨烯进入微孔聚氨酯矩阵引起热稳定性的增加相比,整洁的微处理器系统。热重曲线是聚氨酯系统(图特征gydF4y2Ba3gydF4y2Ba),降解过程与氨基甲酸酯键的破坏。聚氨酯显示初始体重在210 - 250°C。降低温度的值gydF4y2Ba增加了17°C RGO内容为1.25 wt %,相比微处理器nonmodified系统。此外,最大的一阶导TGA曲线(壳体)转向更高的温度随着RGO内容(表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)。的微处理器包含1和1.25%的nanofiller样品,温度对应于最大(壳体)高(51°C)相比,整洁的微处理器系统。石墨烯和石墨烯的形成都是非常稳定的材料,比聚氨酯硬矩阵。当应用这些nanofillers,我们可以实现连锁有限流动性和可以影响纳米复合材料的热稳定性系统(gydF4y2Ba43gydF4y2Ba]。良好的分散和足够浓度的nanofiller聚合物基体是至关重要的,以获得材料热性能的改善。gydF4y2Ba
用DSC热分析也进行了技术。这是描述进行玻璃化转变温度的变化(gydF4y2Ba)造成的影响RGO聚氨酯软段(表中gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。添加RGO有小的影响gydF4y2Ba,增加增加RGO内容(−19°C的微处理器gydF4y2Ba1.25gydF4y2Ba)。RGO,软段之间的相互作用弱。一般来说,gydF4y2Ba软链段的值变化明显时功能化nanofillers与聚合物基体反应。此外,玻璃化转变温度,计算出的最大tanδ,呈现出一定的下降值随着RGO内容(1 - 3°C)。gydF4y2Ba
3.2。形态属性gydF4y2Ba
研究了材料的微观调查使用TEM和SEM技术预制。获得的RGO显示(图的分层结构gydF4y2Ba5(一个)gydF4y2Ba)。微孔包含减少氧化石墨烯纳米复合材料有很好的圆形状,100 - 400gydF4y2BaμgydF4y2Bam大小和微孔结构(数据gydF4y2Ba5 (b)gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba5 (d)gydF4y2Ba)。我们的研究证实,大孔隙大小nanofiller形式在微孔材料增加内容。添加RGO nanofiller导致更高的毛孔结构不规则形状和更多的叛逃。增加了孔隙大小显著影响系统的机械性能。介绍1 wt % RGO给出了积极的效果和提高了力学参数。系统的吸水RGO修改样本提出了表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。更高的细胞尺寸修改系统具有更多的水吸收,从修改的系统(微控制器)的14% 32%,材料与RGO含量最高(微处理器gydF4y2Ba1.25%gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
3.3。机械性能gydF4y2Ba
在动态RGO-containing纳米复合材料的力学行为进行了分析(DMA)和静态模式(茨威格/ Roell)。纳米复合材料的动态行为表明,在低RGO内容,存储模量高于未改性体系(图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。可能在低RGO内容可获得良好的渗滤导致储能模量的增加(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。什么是非常重要的,是更高层次的gydF4y2Ba在整个范围的测量温度,低于和高于玻璃化转变温度(图gydF4y2Ba4gydF4y2Ba)。增加gydF4y2Ba样本包含0.50和1.25 wt %的RGO可以连锁与更高的流动性高于玻璃化转变温度和nanofiller,促进和增加硬度和冷结晶过程gydF4y2Ba在更高的温度。还有一些水分蒸发玻璃化转变温度以上原因增加这些参数。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
(c)gydF4y2Ba
(d)gydF4y2Ba
抗拉强度最高的材料包含0.5 wt %的RGO(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。高RGO 1.25 wt %的内容影响系统表现出的力学性能(30%)较低的值。断裂伸长率增加样本包含nanofiller 0.5 wt %,同时,对于nanofiller含量越高,这大大降低了。更高的nanofiller加法(上图1.0 wt %)导致力学性能显著降低在静态和动态模式(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba
添加少量的修饰符(RGO 1.25 wt %)增加了聚氨酯纳米复合材料的表观密度和硬度(表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。的硬度从47°海岸增加一个修改的系统为微孔聚氨酯59°海岸矩阵包含1.25 wt %的RGO。gydF4y2Ba
4所示。结论gydF4y2Ba
减少氧化石墨烯/聚氨酯纳米复合材料被成功准备不使用溶剂。进行了DSC和TGA实验为了研究材料的热性能的特点。获得系统显示增强的热稳定性。在结论中,结果表明,提出的热降低石墨烯氧化物(RGO)微孔聚氨酯矩阵(微控制器)可以改善力学性能大约17%的微处理器gydF4y2Ba0.50%gydF4y2Ba和热稳定性51°C (gydF4y2Ba)微处理器gydF4y2Ba1.0%gydF4y2Ba和微处理器gydF4y2Ba1.25%gydF4y2Ba材料比纯聚合物系统。最好的结果是实现微孔聚氨酯含有0.5 wt %的RGO。gydF4y2Ba
相互竞争的利益gydF4y2Ba
作者宣称没有利益冲突。gydF4y2Ba
确认gydF4y2Ba
这项研究得到了GRAF-TECH程序(GRAF-TECH / NCBR / 11/08/2013)通过波兰的国家研究和发展中心。gydF4y2Ba