基于表面引发原子转移自由基聚合的石墨烯无损功能化及对PBO纤维的增强效应研究

【作者】 胡桢； 邵青； 黄玉东；

【机构】 哈尔滨工业大学；

【摘要】 原子转移自由基聚合(ATRP)是一种具有潜在应用价值的可控活性自由基聚合方法。本文采用重氮化学原理,成功合成了含ATRP引发剂结构单元的双芳基重氮甲烷衍生物。在加热条件下,上述双芳基重氮甲烷衍生物可脱除重氮基团生成高活性双芳基卡宾衍生物,该衍生物可直接与石墨烯上C=C发生加成反应,进而实现石墨烯的直接、无损表面修饰。采用ATRP反应,以2-羟乙基甲基丙烯酸酯(HEMA)为单体,可控地在石墨烯表面生长PHEMA高分子链。通过此功能化策略制得的PHEMA功能化石墨烯(PHEMA-G)在多种有机溶剂的溶解度显著增加,同时石墨烯的结构与性能基本完好无损。在此基础上,通过"一锅法"缩聚及干喷湿纺工艺可制得PHEMA-G/PBO复合纤维。该纳米复合纤维在较低PHEMA-G(1.0 wt%)装载量条件下即呈现出优异的力学性能:拉伸强度达到3.22 GPa(高于PBO纤维51.2%),杨氏模量达到139.3 GPa(高于PBO纤维33.7%)。该增强效应优于现有的其他石墨烯/PBO纤维体系,这预示着本文所涉及的石墨烯无损功能化方法将在树脂基复合材料领域大有可为。更多还原