氧化石墨烯改性丙烯酸乳液的合成及其涂膜性能研究

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1、分类号：密级：学校代码：11078保密日期：学号：2111505022保密期限：广州大学学位论文（终稿）氧化石墨烯改性丙烯酸乳液的合成及其涂膜性能研究金永学学科专业（领域）：化学工程研究方向：高分子材料论文答辩日期：2018年6月2日指导教师（签名）：答辩委员会主席（签名）：答辩委员会委员（签名）：广州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律

2、结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日广州大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解广州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属广州大学。学校有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许学位论文被检索、查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印、数字化或其他手段保存、汇编学位论文。（保密论文保密期满后，适用本声明）本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：保密，在年解密后适用本授权书。不保密。（请在以上相应方框内打“√”）学位论文作者签名：日期：年月日

3、导师签名：日期：年月日摘要氧化石墨烯改性丙烯酸乳液的合成及其涂膜性能研究专业：化学工程姓名：金永学指导教师：刘晓国教授摘要石墨烯自被发现以来，因其独特的优异性能引起了材料领域极大的关注。而石墨烯的一种衍生物——氧化石墨烯，同样具有良好的机械性能、耐酸耐碱性能、热学性能、光学性能和阻隔性能。另外，氧化石墨烯片层表面存在的含氧官能团（羟基、羧基、环氧基等）为其提供了改性所需的反应位点。同时由于价格低廉和制备简单，氧化石墨烯在近几年被广泛地用于复合材料的研究，其中也涉及到涂料树脂领域。随着环保要求越来越高。水性涂料迅速崛起。目前，将氧化石墨烯应用于水性涂料的研究逐渐成为热门，但大多数是

4、以物理共混的方法为主，其中对水性丙烯酸树脂涂料的研究还比较缺乏。而本文则冲破了传统物理改性的局限，找到并采用了一种化学改性方法，通过共价键连接的方式，成功实现了氧化石墨烯对丙烯酸树脂乳液的改性；同时，本文还对氧化石墨烯改性的丙烯酸乳液涂膜性能进行了研究。通过研究发现，氧化石墨烯改性丙烯酸乳液涂膜的耐酸耐碱和耐中性盐雾等性能得到明显的改善，具体创新点主要表现为：1、与纯丙烯酸乳液涂膜相比，添加有中间体GOMI-HEA的涂膜耐酸碱溶液腐蚀的时间均增长，与中间体的添加量呈线性增长关系，分别为1h、2h、3h、4h和5h；当GOMI-HEA的添加量为20%（质量分数）时，耐腐蚀时间达到5

5、h，为纯丙烯酸乳液涂膜的5倍。2、与纯丙烯酸乳液涂膜相比，当中间体GOMI-HEA的添加量为17.08%（质量分数）时，涂膜的耐盐雾腐蚀时间最长，为48h，是纯丙烯酸乳液涂膜的4倍；I广州大学工学硕士论文在同时试验168h后，17.08%GOMI-HEA添加量的涂膜样板腐蚀情况最小，涂膜最完整。本文首先采用Hummers法制备得到氧化石墨，再将其通过超声振荡剥离制得氧化石墨烯（简称GO）。采用傅里叶转换红外光谱仪（FT-IR）对GO的化学结构进行分析，通过其表面含氧官能团（羟基、羧基和环氧基）的特征峰，证明成功通过Hummers法制备得到了GO；然后，将丙烯酸羟乙酯（HEA）对异

6、弗尔酮二异氰酸酯（IPDI）进行半封闭，得到产物（简称HI），利用HI上的异氰酸根（-NCO）与氧化石墨烯上的羟基（-OH）反应，对氧化石墨烯进行表面修饰，得到了氧化石墨烯改性中间体（简称HIGO）。通过傅里叶红外光谱仪（FT-IR）对HIGO的化学结构进行表征，发现了其表面出现氨基甲酸酯键、甲基、亚甲基和碳碳双键等官能团的特征峰；采用X射线衍射仪（XRD）对GO和HIGO的结构进行表征显示：GO的2θ=12°，HIGO的2θ=9°；采用热重分析仪（TG），表明了：经改性后HIGO的热稳定性得到提升，且在250℃~330℃处出现了氨基甲酸酯键的热分解峰；利用电子扫描显微镜（SEM

7、）对GO和HIGO的表面形貌进行观察，比较发现经过改性后HIGO的层间距变大，出现了单片层或少片层。这些表征手段均说明了成功对GO进行了改性，HI通过共价键接枝到了GO上，验证了这种方法的可行性。接着，利用上述方法，以HEA、IPDI和GO为原料，将IPDI作为连接桥，通过共价键将GO引入到HEA上，成功制备得到了GO改性中间体GOMI-HEA。然后，以GOMI-HEA作为改性剂，通过核-壳乳液聚合法，按照一定的物料比例与其余丙烯酸（酯）类单体反应，合成了一系列不同GOMI-HE