论文总字数：17650字

摘 要

作为一种非离子型的，并且溶解性能优异的聚合物，聚乙烯基吡咯烷酮PVP的物理化学性质独特，应用范围较为广泛。通过自由基聚合的方法，如本体、溶液聚合等可以制备聚合物PVP。本论文采用自由基溶液聚合制备PVP，并研究了乙烯基吡咯烷酮的聚合动力学，引发剂与单体的体积分数对于PVP的相对分子质量影响。与此同时，将PVP接枝在石墨烯表面上，并研究石墨烯表面接枝PVP之后在水中的分散性能。

关键词：聚乙烯基吡咯烷酮 自由基聚合 石墨烯 表面接枝

Preparation and Characterization of Polyvinylpyrrolidone

Abstract

Polyvinylpyrrolidone (PVP) is a non-ionic water-soluble polymer compound with excellent surface activity, solubility, complexity and chemical stability, so it is widely used in medicine, food processing and other fields. The synthesis and preparation processes of polyvinylpyrrolidone mainly include bulk polymerization process and solution polymerization process. The most important synthesis process is solvent polymerization process, in which the volume of initiator and monomer. The pharmacodynamic effect of polymer affects molecular weight. At the same time, the polyvinylpyrrolidone was grafted onto the graphene surface, and the water distribution of the polyvinylpyrrolidone grafted on the graphene surface was studied.

Key words: Polyvinylpyrrolidone; Radical Polymerization; Graphene; Surface grafting

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 综述 1

1.1聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)的结构 2

1.2 PVP的性质 3

1.2.1 PVP的稳定性及化学反应性 3

1.2.2 PVP的生物特性及其他性能 3

1.3 聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）的应用 4

1.3.1 PVP在医药领域的应用 4

1.3.2 PVP在食品加工以及其他的应用 4

1.4聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的合成 4

1.4.1本体聚合 5

1.4.2溶液聚合 6

1.5 乙烯基吡咯烷酮的聚合动力学 7

1.5.1 聚乙烯基吡咯烷酮PVP自由基聚合机理 7

1.5.2 聚合反应动力学 7

1.6 PVP在石墨烯表面GO的接枝 8

第二章 实验部分 10

2.1实验材料 10

2.1.1 实验原料 10

2.1.2 实验设备 10

2.2 实验方法 11

2.2.1 聚乙烯基吡咯烷酮的制备 11

2.2.2 乙烯基吡咯烷酮接枝纳米石墨烯（PVP-GO）制备方法 11

2.2.3 聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）相对黏度及黏均相对分子量的测定 12

2.2.4 聚合反应速率的测定 13

2.2.5 乙烯基吡咯烷酮接枝纳米石墨烯（PVP-GO）表征 13

第三章 实验预测结果讨论及分析 14

3.1 引发剂偶氮二异丁腈（AIBN）对PVP相对分子质量的影响预测 14

3.2 N-乙烯基吡咯烷单体体积分数对 PVP相对分子质量的影响预测 14

3.2 聚乙烯基吡咯烷酮PVP傅立叶变换红外光谱(FTIR)的预测分析 15

3.3 氧化石墨烯（GO）表面接枝聚合表征预测 15

第四章 结论 18

参考文献 19

致 谢 22

第一章 综述

聚乙烯基吡咯烷酮，即PVP是利用单体N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）发生均聚反应而生成的聚合物，具有许多优良的物化特性，物质颜色主要为白色，是一种状态为粉末状的固体颗粒。其分子式为。

聚乙烯基吡咯烷酮PVP拥有优异的物理化学性质，在医疗卫生、食品加工、纺织工艺等领域有着广泛的应用，是一种性能优异的有机高分子产品。聚乙烯基吡咯烷酮的合成制备方法有很多，合成方法一般为本体、溶液等聚合方法。同时聚乙烯基吡咯烷酮具备特殊的溶解性质，如PVP不仅能在水溶液中很好的溶解，又能溶解于大多数的有机溶剂。使得PVP有优于其他高分子有机聚合物的性能。

石墨烯因为有着许多优异的物理化学性质，因此在许多方面进行了研究与应用，得到了各方面的关注。众所周知，石墨烯可提供多种新颖的应用，例如超灵敏传感器，基因序列和新颖的纳米复合材料^[1-3]。石墨烯的抗氧化性能很差，很容易被氧化成氧化石墨烯GO。经过研究发现，许多-COOH、-OH等基团会出现在经过氧化而得到的GO的表面。所以形成这样的结构表面，会产生不一样的性质表现，与石墨烯片、富勒烯等其他相关材料比较时，氧化石墨烯因其显著的功能改变潜力而具有独特性。表面上具有-COOH、-OH等含氧基团的GO,能够很好的溶解在水中，同时也能在特定的极性有机溶剂中很好的分散。研究聚乙烯基吡咯烷酮的合成以及在氧化石墨烯（GO）表面接枝改性，分析其接枝聚合物在水中的分散性对于氧化石墨烯的改性应用有重要的意义。可以通过将聚合物链接枝到表面上来实现氧化石墨烯（GO）的表面功能化。 官能化的氧化石墨烯GO可以轻松地分散在各种溶剂中，这有助于石墨烯的广泛应用。

在研究制备各种聚合物纳米复合材料方面，使用羟基、羧基等含氧基团对GO表面尝试改性操作是至关重要的。目前为止，GO通常采用Hummers^[4]法制备，此前已有研究在氧化石墨烯表面接枝的方法，如：‘grafting from’和‘grafting onto’^[5-7]等接枝聚合方法。众所周知，将聚合物接枝到氧化石墨烯上是GO改性的有效方法之一。例如：已有研究使用原子转移自由基聚合（ATRP）将各种乙烯基聚合物接枝到GO上^[8-9]；Tang等^[10]已经研究了通过缩聚的方法将聚酯接枝到GO上。利用相应实验方法，制备合成聚合物PVP-GO，在氧化石墨烯GO表面接枝PVP，并研究接枝聚合物在水中的分散性能。

1.1聚乙烯基吡咯烷酮PVP的结构

PVP是利用单体NVP发生均聚反应而生成的聚合物，具有许多优良的物化特性，物质颜色主要为白色，是一种状态为粉末状的固体颗粒。其分子式为C₆H₉NO_n，结构式为图1.1所示。

图1.1 聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）结构

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