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摘 要

作为新世纪有望取代石油基塑料的聚乳酸却具有结晶度低、结晶速率慢、抗高温能力差、抗冲击能力差、耐热性差以及亲水性差等缺陷，严重制约其在日用塑料方面的应用；因此，对聚乳酸进行改性显得尤为重要。

石墨烯作为一种六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，有着其他纳米粒子无法比拟的物理性能及热学性能等，其固有的拉伸强度为130GPa，理论杨氏模量可达1.0TPa，用作纳米填料时可明显改善复合材料的力学性能。

本文通过原位聚合法制备了聚乳酸/氧化石墨烯复合材料，其中氧化石墨烯的加入量依次为乳酸总质量的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.75%，对复合材料进行结构分析与性能测试，包括X射线衍射、光学显微镜、红外光谱测试，力学性能测试。结果表明GO可以良好的分散于聚乳酸基质中，拉伸强度最高可从40.91MPa提高至72MPa，断裂伸长率最高可达12.73%，提升了6.46%。

关键词：聚乳酸 氧化石墨烯 原位聚合 复合材料 力学性能

Abstract

As a new century, poly (lactic) acid, which is expected to replace petroleum-based plastics, has low crystallinity, slow crystallization rate, poor resistance to high temperature, poor impact resistance, poor heat resistance and poor hydrophilicity, which seriously restricts its application in daily plastics. Therefore, it is particularly important to modify poly (lactic) acid.

Graphene is a hexagonal two-dimensional carbon nanomaterial with a honeycomb lattice. It has physical properties and thermal properties that are incomparable with other nanoparticles. Its inherent tensile strength is 130GPa, and the theoretical Young's modulus can reach 1.0TPa. When used as a nanofiller, the performance improvement of the composite material is very obvious.

In this paper, poly (lactic) acid/graphene oxide composites were prepared by in-situ polymerization. The addition amount of graphene oxide was 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5% and 0.75% of the total mass of lactic acid. Materials were analyzed for structural and performance, including X-ray diffraction, optical microscopy, infrared spectroscopy, and mechanical properties testing. The results show that GO can be well dispersed in poly (lactic) acid matrix, the tensile strength can be increased from 40.91MPa to 72MPa, and the elongation at break can reach 12.73%, which is 6.46%.

Key words: Poly (lactic) acid; Graphene oxide; In-situ polymerization; Composite material; Mechanical properties

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1聚乳酸概述 1

1.1.1聚乳酸的性能优势 1

1.1.2聚乳酸存在的问题 2

1.1.3聚乳酸材料的研究方向 2

1.2石墨烯与氧化石墨烯概述 2

1.3聚乳酸的合成及改性 3

1.3.1直接聚合法 4

1.3.2开环聚合法 4

1.3.3直接聚合法的催化剂 5

1.3.4聚乳酸的改性 7

1.4 PLA/GO复合材料的研究现状 8

1.5 PLA/GO复合材料的制备方式 10

1.5.1熔融混合 10

1.5.2溶液混合 10

1.5.3原位聚合 11

1.6 本课题的研究意义 11

第二章 实验部分 12

2.1实验所用试剂及仪器 12

2.2实验方案 13

2.3 实验内容 13

2.3.1氧化石墨烯粉末的制备 13

2.3.2精制乳酸与PLA/GO分散液的制备 13

2.3.3聚乳酸的制备 14

2.3.4聚乳酸/氧化石墨烯复合材料的制备 15

2.4结构分析和性能表征 15

2.4.1光学显微镜测试 15

2.4.2 X射线衍射测试 15

2.4.3红外光谱测试 16

2.4.4力学性能测试 16

第三章 结果与讨论 17

3.1 光学显微镜观察结果分析 17

3.2 X射线衍射测试结果分析 17

3.4 红外光谱测试结果分析 18

3.5 力学性能测试结果分析 19

第四章 结论 21

参考文献 22

致谢 26

第一章 绪论

1.1聚乳酸概述

我们日常使用的和聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）等塑料制品应用范围广，性能好，但是都以石油为原料，是不可再生资源。随着人类社会发展，石油资源需求量日益增大，但是现有石油储量已不能保证社会和工业的持续发展，急需一种性能优越、可持续的新型生物基材料。另一方面，石油基塑料存在难降解的缺点，降解周期约在100到200年之间，这是世界环境日益恶化最直接的原因。针对以上两个问题，世界上大量的科研工作者倾力研究可降解、可持续发展的树脂基材料^[1]。聚乳酸是一种典型的绿色环保型生物可降解材料，是目前世界上最好的石油基塑料代替物。其性能与人类日常使用的石油基塑料相比，聚乳酸具有良好的可降解性、生物相容性等，广泛应用于人类生命科学事业，表层材料、热塑性材料、衣料加工和包装等关乎国运的重点领域^[2]。

1.1.1聚乳酸的性能优势

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