功能化氧化石墨烯-壳聚糖纳米复合材料的制备及力学性能研究-

功能化氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的制备及力学性能研究?

陈元庆,张大伟,顾继友

(东北林业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150040)

摘要一一以壳聚糖为基体二氧化石墨烯为活性增强相,采用溶液复合的方法制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合

材料三为使氧化石墨烯均匀地分散在壳聚糖溶液中,对氧化石墨烯的表面进行了功能化处理三通过TEM 二SEM 二

XRD 二TGA 和力学实验对氧化石墨烯的分散性,

复合材料的结晶性能二热性能和力学性能进行了分析三研究结果表明,表面处理后的氧化石墨烯均匀分散于壳聚糖溶液中,未出现絮凝和团聚现象,复合材料中氧化石墨烯也以层片堆

叠的方式存在三复合材料中壳聚糖基体的结晶峰位置和结晶度不随氧化石墨烯的加入而改变三复合材料的杨氏模

量随着氧化石墨烯含量的增加而提高,断裂伸长率随氧化石墨烯含量增加而降低;当氧化石墨烯含量达到5%(质量

分数)后,材料由韧性变为脆性,强度降低三复合材料的热稳定性随着氧化石墨烯含量的增加而提高三

关键词一一壳聚糖一氧化石墨烯一复合材料一力学性能

中图分类号:TB332一一文献标识码:A一一DOI :10.11896/j .issn.1005-023X.2015.12.016Pre p aration and Mechanical Pro p erties of Functional Gra p hene Oxide /Chitosan Nanocom p osite Films

CHEN Yuan q in g ,ZHANG Dawei ,GU Ji y ou (Colle g e of Materials Science and En g ineerin g ,Northeast Forestr y Universit y ,Harbin 150040)

Abstract 一一Chitosan was as the matrix ,and g ra p hene oxide was as the active reinforcement ,and the g ra p hene oxide /chitosan nanocom p osites were were p re p ared b y solution blendin g method.In order to uniforml y dis p erse the g ra p hene oxide in a chitosan solution ,the surface of the g ra p hene oxide were functionalizin g treatment.The dis p ersion of the g ra p hene oxide and cr y stallinit y ,thermal and mechanical p ro p erties of the com p osites were anal y sis b y TEM ,SEM ,XRD ,TGA and mechanical ex p eriments.The research results show that after the surface treatment of g ra -

p hene oxide flake scattered in the chitosan solution and it does not flocculate or reunited and in the com p osite material ,

the g ra p hene oxide also exists in the form of the la y er stack.And the elon g ation at break of the com p osite material de -creases with the increasment of g ra p hene oxide 's content and y an g -st y le modulus also increases with the increasment of g ra p hene oxide

's content.When the g ra p hene oxide 's content reaches 5wt %,the ductile materials chan g e into brittle materials and also with the stren g th decreases.The thermal stabilit y of the com p osite materials increases with the in -creasment of the g ra p hene oxide 'content.Ke y words 一一chitosan ,g ra p hene oxide ,com p osites ,mechanical p ro p erties 一?黑龙江省自然科学基金(

E201351);黑龙江省博士后基金(LBH -Z13010)一陈元庆:男,1989年生,硕士生,主要研究方向为壳聚糖复合材料一E -mail :c yq 0626@https://www.wendangku.net/doc/659934832.html,一张大伟:通讯作者,1975年生,博士,副教授,主要从事生物质材料及其复合材料的研究一E -mail :zhan g dawei@https://www.wendangku.net/doc/659934832.html, 0一引言

壳聚糖(Chitosan )是甲壳素(Chitin )脱N -乙酰基后的产物,是自然界含氮量第二高的生物聚合物,具有良好的生物

相容性二抑菌性和生物降解性三由于壳聚糖分子中存在大量

的羟基和氨基,可与羧基二环氧基等多种官能团反应,容易发

生水解二烷基化二酰基化二羧甲基化二磺化二硝化二卤化二氧化二

还原二缩合和络合等化学反应,可生成各种具有不同性能的

壳聚糖衍生物三壳聚糖已被广泛用于组织工程二分离膜二伤

口敷料二药物输送和包装材料等方面三因此近年来壳聚糖及

其复合材料的发展十分迅速,但单纯壳聚糖膜的力学性能和耐热性能有着很大的缺陷,大大限制了这种材料的使用范围,为了更好地应用这种材料,必须对其进行有效的改良[1-4]三氧化石墨烯是化学法制备石墨烯的前产物,其片层上有着许多含氧官能团,如羟基二羧基二环氧基等,是一种良好的活性增强材料[5]三这些基团可以提高氧化石墨烯与基体材料之间的界面相互作用,并改善纳米复合材料的力学等综合物理性能[6]三氧化石墨烯表面大量的负电荷使其容易在壳聚糖溶液中团聚,因此对其表面功能化,使其均匀分散于壳聚糖溶液中是十分重要的研究方向三本实验用Hum -mers 法制备了氧化石墨烯,对其表面进行功能化处理,与壳聚糖混合制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料,对氧化

四

17四功能化氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的制备及力学性能研究/陈元庆等