文 献 综 述

聚乳酸 （Polylactic acid，PLA），又称为聚丙交酯，是以乳酸为原料聚合而成的聚酯。聚乳酸具有优良的生物可降解性、相容性和吸收性。与传统的石油化工产品相比，聚乳酸生产过程中的能量消耗只有石油化工产品的 20%~50%，产生的二氧化碳只有石油化工产品的 50%。石墨烯本身具有良好的力学性能，导热性能，高的电子迁移率，同时单原子层厚度的石墨烯巨大的表面与聚合物能形成紧密的结合，可以大大提高了相界面之间的黏结力，聚乳酸-石墨烯复合材料的制备要采用不同的技术制备，如原位聚合，溶液和熔融共混等。而由于氧化石墨烯表面有大量的含氧官能团，在一定条件下官能团电离产生静电排斥，使其容易在水或有机溶液中稳定分散，力学性能测试表明聚乳酸-石墨烯复合材料的杨氏模量显著提高。本课题主要探究石墨烯-聚乳酸复合材料的制备与表征。制备石墨烯的方法主要有六种：1）从块状石墨中剥离出石墨烯[1]，随后将其转移到氧化硅或其他物质表面上[2]。2)高温加热块状或片状碳化硅，硅先发生升华，碳化硅表面发生石墨烯的外延生长[3]。3)化学气相沉积法，以碳氢气体化合物为碳源，使石墨烯在金属表面上生长[4]。4）石墨的氧化还原法[5].5）电弧放电法[6]。6）有机合成法[7]。其中石墨的氧化还原法应用最为广泛。在石墨烯-聚乳酸复合材料的制备过程中，易团聚、易堆叠是纳米填料最大的缺陷，同样石墨烯本身强烈的π-π吸引也会驱使其形成堆叠结构，纳米填料的分散程度直接决定了纳米复合材料的性能，将纳米填料嵌入聚合物的方法有原位聚合嵌入、熔融嵌入、溶液嵌入等。Kim［8］等研究了石墨烯与天然石墨在聚乳酸基质中的形态、结构、热稳定性、力学性能、导电性能。利用扫描电镜证实石墨烯片层在聚乳酸基质中均一分散，天然石墨在聚乳酸基质中聚集。力学性能测试表明石墨烯/聚乳酸纳米复合材料的杨氏模量显著提高。此外，Cao[9]等通过在溶液中超声分散冻干的石墨烯制成分散性良好的石墨烯纳米片层(GNS)，与真空过滤的石墨烯纳米片层对比，由于 GNS 在 DMF 溶液中有强烈的范德华力吸引，很难在溶剂中分散均匀。通过X射线衍射法(XRD)证实冻干的石墨烯通过降低范德华力能够均匀分散在有机溶剂中。对于所制的复合材料，通过场发射扫描电镜(FESEM)分析证实GNS均一分散在PLA基体中，无大范围的团聚，且GNS在PLA基体中的片状形态保留，扩大了两相的结合面，使GNS与PLA 基体两相紧密黏结。同时由于GNS本身有良好的导热性能，GNS 在 PLA 基质中形成弯曲的气体通路，阻碍了氧渗透和降解产物的挥发，提高了材料的热稳定性。热重分析表明 GNS 含量在 0.2% 时复合材料热重损失 5% 所需的温度提高，由于GNS和PLA之间有效的载荷转移，拉伸强度提高26%，杨氏模量提高18%。此外，wang[10]等制备了一系列不同氧化石墨烯含量的左旋聚乳酸纳米复合材料。差示扫描量热法（DSC）#183;分析表明，复合材料的非等温熔融结晶峰的温度略高于纯左旋聚乳酸，氧化石墨烯含量为0.5% 1% 2%时，非等温熔融结晶峰的温度由95.1℃提高到97,100.4,96℃。温度变化趋势与等温熔融结晶温度相同，最大值出现在石墨烯含量为1%，纳米复合材料的等温，非等温结晶动力学均提升，说明氧化石墨烯在聚乳酸基体中作为一种成核剂，GO含量在1%发挥最佳成核效果，含量超过1%纳米填料会形成团聚。Xu[11]等有相同的发现，研究对比了碳纳米管和石墨烯对PLLS等温熔融诱导结晶速率，发现CNT诱导结晶能力更强。氧化石墨烯含量为0.5%、1%、2%时非等温冷结晶峰的温度由139. 5C降低到130.9、125.5、 119.3 C，表明GO含量的增加明显增强PLLA基体的冷结晶行为。氧化石墨烯含量为0.5%、1%、2%时，玻璃化转变温度保持在61C，说明纳米填料对PLLA基体的玻璃化转变温度没有明显影响。除此之外，研究了温度范围在88~100 C之间的等温冷结晶动力学，对于0.5%含量GO的PLLA/GO纳米复合材料，88 C时结晶时间为16min , 100 C时结晶时间为4.8 min, 另一方面，氧化石墨烯含量为0.5%、1%、2%时，结晶时间由19.1min减少到16、11.2、9 min。推断对于PLLA/GO纳米复合材料，随结晶温度提高结晶时间缩短，GO的存在加速PLLA/GO纳米复合材料的结晶。但是PLLA/GO纳米复合材料的结晶机理与晶体结构与纯PLLA相同。Yang[12]等利用热还原氧化石墨烯做引发剂诱导丙交酯原位开环聚合制备左旋聚乳酸/热还原氧化石墨烯复合材料。在这种方法中，尽管原位聚合是填料均匀分散在基体中的有效方式且填料与基体的结合力强[13]，但是高分子量聚乳酸的合成需要严格控制反应条件，生产成本高。

综上所述，本文所列文献主要对比纯 PLA 与 PLA /GO 21复合材料的性能，可推断出在较小的氧化石墨烯含量的情况下聚乳酸-石墨烯复合材料就可以获得优良的性能[14]，随着研究的不断深入，聚乳酸-石墨烯复合材料机械、导电、导热性能显著提升，可以预见在不久的将来聚乳酸-石墨烯复合材料将会实现大规模生产，用途会越来越广泛。[15]

参考文献：

[1]CHUVILINA,BICHOUTSKAIAE,GIMENEZ-LOPEZ MC etal.Self-assembly.of.a sulphur-terminated graphenena-noribbon within a single-walled carbon nanotube ［J］. Nature.Mater,20111,10(9):687-692

[2] NOVOSELOV K S，GEIM A K，MOROZOV S V，etal．E-lectric field effect in atomically thin carbon films ［J］． Science，2004，3 (6) : 666－671．

[3] ROLLINGS E, GWEONG H. ZHOUXS,et al. Synthsis pand characterization of atomically thin graphite films on a sili-acon carbide substrate [J]II Phys Chem Sol, 2006,6 (7): 2217-2177.