Voorbereiding van ultrahoog moleculair gewicht polyethyleen/grafeen nanocomposiet in situ polymerisatie via sferische en sandwichstructuur grafeen/Sio2 ondersteuning

Abstract

Gereduceerd grafeenoxide/SiO₂ (RGO/SiO₂ ) die dienst doet als een nieuwe bolvormige drager voor Ziegler-Natta (Z-N) katalysator wordt gerapporteerd. Het oppervlak en de binnenkant van de drager hebben een poreuze architectuur gevormd door RGO/SiO₂ sandwichstructuur. De sandwichstructuur is als een bakstenen muur bedekt met een grafeenlaag van beton als skelet dat bestand is tegen externe druk en de structuur een hogere ondersteuningsstabiliteit geeft. Na het laden van de Z-N-katalysator verankeren de actieve componenten op het oppervlak en de interne poriën van de dragers. Wanneer de ethyleenmoleculen de actieve centra ontmoeten, groeien de moleculaire ketens op een regelmatige en goed georganiseerde manier vanaf het oppervlak en de interne katalytische plaatsen. En het proces van de ontluikende moleculaire ketens die de polymerisatie van de sandwichstructuur vullen, kan ervoor zorgen dat het grafeen uniform in de polymeermatrix wordt verspreid. Vergeleken met traditionele methoden heeft de poreuze sferische grafeenondersteuning van deze strategie veel meer voordelen en zou een intrinsieke grafeenprestatie in de nanocomposieten kunnen behouden.

Achtergrond

Grafeen, een monolaag van koolstofatomen met een dicht opeengepakt honingraatrooster en dient als de basisbouwsteen van grafietmaterialen, is recentelijk een van de meest aansprekende sterren in de materiaalwetenschap geworden [1]. Grafeen en grafeenoxide (GO), met buitengewone mechanische eigenschappen, zoals hoge Young's modulus, extreme hardheid, uitstekende flexibiliteit en lage kosten in vergelijking met koolstofnanobuisjes (CNT), worden beschouwd als effectieve versterking voor hoogwaardige composieten [ 2,3,4,5,6,7]. Vergeleken met conventionele gevulde polymeren vertonen polymeer/grafeencomposieten niet alleen de mechanische en barrière-eigenschappen, maar ook functionele eigenschappen, zoals elektrische en thermische geleidbaarheid van polymeren [8,9,10,11]. Zo is een succesvolle samenwerking tussen grafeenvellen en op polymeren gebaseerde nanocomposietmaterialen bereikt in een breed scala aan polaire polymeren, waaronder polyaniline, polystyreen, poly(vinylideenfluoride), polyurethaan, epoxy en polyethyleen [12,13,14,15 ,16]. De synthese van met grafeen versterkte polymeer-nanocomposieten was echter een uitdaging bij het verkrijgen van goed gedispergeerde grafeenvellen in polymeermatrix, vooral wanneer het polymeer wordt gescheiden van de niet-polaire polymeercategorie die doorgaans wordt vertegenwoordigd door de familie van polyolefine zoals polyethyleen (PE) of polypropyleen ( PP).

Over het algemeen is het mengen van oplossingen een van de ideale manieren om nanocomposieten van polymeer / grafeen te maken als het polymeer gemakkelijk kan worden opgelost in een gewoon organisch oplosmiddel. Tegelijkertijd is smeltmenging ook toepasbaar voor de fabricage van polymeer / grafeen-nanocomposiet, wat in feite niet alleen van toepassing is op die in oplosmiddel oplosbare polaire polymeren, maar ook op niet-polaire polymeren zoals polyolefine. Hoewel de twee methoden op veel projecten zijn toegepast, zijn er ook enkele nadelen, bijvoorbeeld tijdens het fabricageproces van composiet konden de polymeer / grafiet-nanocomposieten geen goed verspreide grafeenvellen verkrijgen [17].

Omdat grafeen stabiel is en functionele groepen mist, kan het nauwelijks reageren met het doelpolymeer of heeft het een goede dispersie in de meeste gangbare oplosmiddelen. Het is van groot belang om nanofiller te implementeren om de materiaaleigenschappen te optimaliseren. En GO-bloedplaatjes zijn gebruikt als katalysatordrager voor de heterogene in situ polymerisatie van polyolefine, dat reageert met een katalytische component door functionele oppervlaktegroepen van GO [18]. Dit toont een homogene dispersie van enkele laag GO-bloedplaatjes en vertoont een matige elektrische geleidbaarheid [19]. Bij polymerisatieprocessen worden de vulstoffen gebruikt als katalytische dragers om de matrix direct vanaf het oppervlak van de nanovulstof te laten groeien. Op deze manier worden meer nanocomposieten gesynthetiseerd, zoals klei, MMT, [20,21,22,23] en vooral koolstofnanobuisjes, die momenteel nog steeds van groot belang zijn [24, 25].

Samenvattend de bestaande rapporten over de bereiding van polymeer / grafeen-nanocomposieten, toont in-situ polymerisatie goed gedispergeerde GO-bloedplaatjes met weinig lagen, maar composieten met een niet-polaire polymeercategorie zoals PE of PP zijn niet in staat om GO thermisch tot grafeen te reduceren. Katalytische componenten moeten met GO reageren door functionele oppervlaktegroepen en dan ernstiger gecompliceerde functionele oppervlaktegroepen verkrijgen, die het grafeen in wanorde brengen. Het bestaan van defecten en de ongeordende structuur verminderde enkele van de belangrijkste eigenschappen van grafeen, zoals thermische geleidbaarheid, elektrische geleidbaarheid, mechanische sterkte en dragermobiliteit [26,27,28,29]. Onderzoekers gebruiken meestal de grafeenlaag als katalysator om direct voor het gemak te ondersteunen, wat ertoe zal leiden dat moleculaire ketens van polyolefinen willekeurig groeien. Bij het uitvoeren van in situ polymerisatie kan het proces van verstrengeling en hereniging gemakkelijk leiden tot het fenomeen van de plakkerige pot. Vanwege het speciale en gecompliceerde proces van de olefinepolymerisatie is een regelmatige katalytische drager, in het bijzonder bolvormige drager zoals grafeen, noodzakelijk. Anders zullen niet alleen de mechanische eigenschappen van het gesynthetiseerde polyolefine sterk achteruitgaan, maar zal er ook een oorzaak zijn van grote vervuiling van de reactor, wat zal voorkomen dat de reactie continu werkt en ongeschikte industrialisatie introduceert. De reguliere morfologie van de grafeendrager is dus belangrijk voor de grootschalige bereiding van het olefinemateriaal in situ polymerisatie van polyolefine. Voor zover wij weten, is er geen werk gerapporteerd voor de voorbereiding en constructie van de bolvormige, op grafeen gebaseerde ondersteuning voor het Ziegler-Natta-katalysatorsysteem.

Om de bovenstaande uitdagingen aan te pakken, hebben we ons gericht op het voorbereiden van een soort zeer efficiënte op grafeen gebaseerde ondersteuning om onnodige defecten die worden gegenereerd door in situ polymerisatie zoveel mogelijk te verminderen. De op grafeen gebaseerde katalysatordragers fungeren als het raamwerk voor het laden van katalysator in zijn grote oppervlak en interne poriën. Ondertussen neemt de bolvormige grafeenondersteuning de rol van nanometerversterkende vulstof en geleidend middel. Tijdens het proces van olefinepolymerisatie barst de op grafeen gebaseerde katalysator en alle grafeenlagen verspreiden zich uniform in de polyolefinematrix. Hier een uniek micron bolvormig gereduceerd grafeenoxide (RGO)/SiO₂ nanocomposiet als ondersteuning voor ZN-katalysator met een nieuwe 3D-poreuze architectuur werd gesynthetiseerd door de zelfassemblage en sproeivriesdroogmethode. Het kan een homogeniteit op moleculaire schaal bereiken en heeft minimale agglomeratie, en ook kan de grootte van het nanocomposiet 20-50 μm bereiken. Daarnaast gebruiken we de nieuwe dragersynthese Bi-ondersteunde Ziegler-Natta-katalysatoren van de TiCl₄ (C₄ H₉ MgCl(BuMgCl)/RGO-SiO₂ ) systeem, en de uniforme en verspreide, repliceerbare morfologie van dragers, een rondachtige grafeen / ultrahoog moleculair gewicht polyethyleen (UHMWPE) composiet, is gesynthetiseerd. Deze eigenschappen zijn gunstig voor de continue werking van de voorbereidings- en productieapparatuur. Tot op heden zijn er ook geen rapporten over de synthese van korrelige of ronde grafeen / UHMWPE-composieten, wat een terugkeer is van de sferische morfologie van de op grafeen gebaseerde drager in het polymerisatieproces. De nanocomposieten gesynthetiseerd door een Ziegler-Natta-katalysatorsysteem met behulp van de micron sferische RGO-SiO₂ dragers hebben zeer efficiënt grafeen en verminderen veel onnodige defecten, die meestal worden gegenereerd door in-situ polymerisatie.

Karakteriseringen

Röntgendiffractie (XRD) patronen werden geregistreerd door een Rigaku D/Max-2400 diffractometer met behulp van Cu Ka-straling. Raman-spectra van de GO, BuMgCl/GO, RGO, GO-SiO₂ , RGO-SiO₂ , BuMgCl/GO-SiO₂ , en BuMgCl/RGO-SiO₂ werden verkregen met een Horiba Jobin Yvon LABRAM-HR800 met een golflengtebereik van 0–4000 cm⁻¹ . De Fourier-transformatie-infraroodspectra (FT-IR) van de monsters werden opgenomen met behulp van een Nicolet NEXUS 670 FT-IR-spectrofotometer, en het monster en KBr werden geperst om een tablet te vormen. De transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) -beelden werden gemaakt door de Hitachi H-600-microscoop. Thermogravimetrische analyse (TGA) voor de monsters werd uitgevoerd op een Perkin-Elmer diamanten thermische analysator van kamertemperatuur tot 600 °C, met een verwarmingssnelheid van 10 °C/min met N₂ als het monsterspoelgas. Het breukoppervlak van de composieten en de semi-kwantitatieve samenstelling werden geanalyseerd door scanning elektronenmicroscopie energie dispersieve röntgendetector (SEM-EDX; Hitachi S-4800). Het smeltpunt van polymeren werd gemeten door differentiële scanningcalorimetrie (DSC) bij een verwarmingssnelheid van 5 ° C / min op een Perkin-Elmer Pyris diamant thermische analysator onder een stikstofstroomsnelheid van 30 ml / min van 25 tot 400 ° C. De meting van het molecuulgewicht werd uitgevoerd op een Ubbelohde-viscosimeter volgens de Mark-Houwink-vergelijking:[η] = 1.1 × 10⁻⁴ M_η ^0.8 .

Resultaten en discussie

Morfologische evolutie

Morfologische veranderingen vanaf GO naar GO-SiO₂ werden gevolgd met behulp van TEM. Afbeelding 1a toont een TEM-afbeelding van GO-bladen. Afbeelding 1b toont een TEM-afbeelding van SiO₂; de aangrenzende nanodeeltjes van SiO₂ worden gemakkelijk geagglomereerd vanwege de hoge oppervlakte-energie in water. De decoratie van SiO₂ in de GO-SiO₂ hybride wordt onthuld door het TEM-beeld van Fig. 1 c, d, en het is duidelijk te zien dat de nanodeeltjes van SiO₂ staan op één lijn en zijn stevig ingepakt in GO-vellen, waardoor een sandwichstructuur ontstaat. Het gedetailleerde pad van het bouwen van een sandwichstructuur van GO-platen en SiO₂ wordt weergegeven in Afb. 2.

TEM-afbeeldingen voor a GA, b SiO₂ , en c , d GO-SiO₂ hybride

Schema van het voorgestelde mechanisme voor GO-SiO₂ sandwichstructuursynthese

Dit type bekledingslaag is gunstig voor sterke oppervlakte-interacties [30]. GO is zwaar beladen met zuurstofbevattende functionele groepen [31, 32] (epoxide, –COOH en –OH); daarom kan het gemakkelijk in water dispergeren (Fig. 2(a)) en heeft het sterke interacties met nanodeeltjes van silica, wat leidt tot de vorming van GO-SiO₂ hybride (Fig. 2(b)) [33]. Naarmate de reactie vordert, beginnen de randen van de GO-vellen te krullen onder de grote oppervlaktespanning van de GO-vellen (Fig. 2(c)), en dan werken de GO-vellen samen met de achterkant van SiO₂ (Fig. 2(d)). Eindelijk, SiO₂ is stevig in de GO-vellen gewikkeld en vormt de sandwichstructuur (Fig. 2(e)); deze structuur helpt de GO-platen om het risico van verlies van de verbinding te voorkomen en zorgt voor elektrische geleiding als geheel. Wat het mechanische aspect betreft, behoudt de sandwichstructuur die lijkt op een bakstenen muur bedekt met een laag beton de uitstekende flexibiliteit van grafeen en dient als een skelet om externe druk te weerstaan. Andere silica-nanodeeltjes die geen interactie hebben met GO, zullen zich rond de sandwichstructuur verspreiden. Het bestaan van deze structuur wordt bewezen door de inwendige structuur van bolvormige steunen en zal later in detail worden besproken.

SEM-afbeelding in Fig. 3a toont de RGO-SiO₂ steunen zijn kenmerken van een smalle grootteverdeling, een regelmatige vorm en een hoge porositeit. En de gemiddelde diameter van microbolletjes en Maken-statistieken van deeltjesverdeling zijn berekend in figuur 3b. Het aandeel deeltjes van 30 ~ 70 m is meer dan 75% van alle statistieken en de gemiddelde deeltjesgrootte is 46,78 m, de gesynthetiseerde ballen in overeenstemming met de grootte van de katalysatordragers. Uit Fig. 3c wordt waargenomen dat er bijna perfecte bollen met een poreuze, grove bedekking bestaan, en hun oppervlaktestructuur kan worden gezien door het vergrote beeld in Fig. 3d, waar de poreuze en gestapelde lagen van gelamineerde structuur waaruit RGO-SiO bestaat ₂ sandwichstructuur is terug te vinden in het oppervlak. De normale rangschikking van nanosferen is duidelijk te zien, maar integendeel, GO-vellen omdat de laag te dun is, de kleur van het monster geeft de aanwezigheid van GO-vellen weer. Een ondubbelzinnig gebroken bol verraadt dat het interieur wordt gevormd door een GO-SiO₂ sandwichstructuur die poreuze netwerkstructuur omsluit, en de gemiddelde poriegrootte is 2,23 m (figuur 3f). Zowel de oppervlakte- als de interne structuur verschillen enorm met de traditionele silica.

SEM-afbeeldingen voor a , c RGO-SiO₂ bolvormige steunen in verschillende vergrotingen. b Histogrammen van grootteverdeling van a . d Oppervlaktevergroting van c . e Een gebroken bol. v Vergroting van e

Bestudering van de ondersteunende morfologie van het silicagehalte, RGO-SiO₂ bolvormige steunen in verschillende SiO₂ inhoud wordt bereid door sproei-vriesdrogen, een trend van dalende bolcoëfficiënt werd waargenomen door SEM, zoals weergegeven in Fig. 4.

SEM-afbeeldingen voor RGO-SiO₂ bolvormige steunen in verschillende SiO₂ inhoud. een , b Kwaliteitsverhouding van SiO₂ en GO is 5:1 en vergroting van a; c , d 1:1; en e , v 0,5:1. g , u Zonder SiO₂

Wanneer de kwaliteitsverhouding 5:1 is, is de morfologie van de dragers niet echt veel veranderd, met enkele grotere gaten op het oppervlak en de nanoSiO₂ hun reguliere regeling verliezen. Er zijn grotere gaten gevonden in de aangrenzende cel uit figuur 4a, b. Uit Fig. 4c-f, met de reductie van SiO₂ inhoud, verschijnen er enkele dunne flappen aan de rand van de bol, wat leidt tot de verdere daling van de bolcoëfficiënt en de schaarste aan nanoSiO₂ in veel delen. Uit Fig. 4g, h, het materiaal zonder SiO₂ de meeste vertonen een bolachtige vorm en lijken erg zacht op een ballon, wat een goede overeenkomst met de experimentele resultaten laat zien. Hieruit volgt de conclusie zodat de toevoeging van silica de bolcoëfficiënt en sterkte van de dragers zou kunnen verhogen.

SEM-beeld van BuMgCl/RGO-SiO₂ wordt getoond in Fig. 5a. De EDX-spectroscopie wordt weergegeven in figuur 5b. Na behandeling met BuMgCl, RGO-SiO₂ heeft kleinere breukgebieden, omdat krachtig roeren botsingen en trillingen kan veroorzaken, maar de drager is nog steeds een bolvormige poreuze structuur en sterke pieken van Mg en Cl worden gepresenteerd naast C, O en Si. Afbeelding 5c toont het SEM-beeld van de TiCl₄ /(BuMgCl/RGO-SiO₂ ) katalysator, waaruit blijkt dat de morfologie weer wordt vernietigd op basis van de oorspronkelijke bol. Maar de ondersteuning heeft weinig impact; daarom blijft de algehele morfologie behouden. EDX-spectroscopie van de TiCl₄ /(BuMgCl/RGO-SiO₂ ) katalysator in een geselecteerd gebied getoond in Fig. 8c met een wit vierkant geeft aan dat het overgangsmetaal Ti met succes wordt ondersteund op de RGO-SiO₂ drager naast C, O, Si, Mg en Cl (Fig. 5d).

een SEM-beeld van BuMgCl/RGO-SiO₂ , b het overeenkomstige EDX-spectrum van BuMgCl/RGO-SiO₂ , c SEM-afbeelding van TiCl₄ /(BuMgCl/RGO-SiO₂ ) katalysator, en d EDS-spectrum van TiCl₄ /(BuMgCl/ RGO-SiO₂ ) op een gebied aangegeven met een witte lijn in deel c

Defecten en stoornis van grafeen bij supporters

De Raman-spectra voor GO, BuMgCl/GO, RGO, GO-SiO₂ , RGO-SiO₂ , BuMgCl/GO-SiO₂ , en BuMgCl/RGO-SiO₂ worden weergegeven in Afb. 6, die bestaat uit de G-band op 1596–1607 cm⁻¹ (vanwege aromatische structuren of dubbele bindingen) en de D-band op 1342–1357 cm⁻¹ (geassocieerd met de volgorde/wanorde van het monster). Het is duidelijk dat de D-band voor de uitgangsmaterialen relatief intens is in vergelijking met de G-band, die typisch is voor kleine stapels in de defecte [34]. Nadat GO als substraat reageert met BuMgCl, laat figuur 6a duidelijk zien dat de Raman-spectra significante veranderingen ondergaan. De intensiteit van de D-band van de resulterende koolstofmaterialen neemt sterk toe terwijl BuMgCl wordt toegevoegd, naarmate de G-band afneemt, neemt de berekende G/D-verhouding af van 1,03 tot 0,78. In plaats daarvan neemt de berekende G/D-verhouding van RGO toe tot 1,11, terwijl de resulterende materialen een warmtebehandeling ondergaan bij 700 ° C. Dit suggereert een ongeordende opstelling van de grafeenlagen nadat GO reageert met BuMgCl. De reden is dat BuMgCl reageerde met de functionele oppervlaktegroepen van GO, en deze functionele groepen verstoren de rangschikking van grafeen; daarom heeft het reageren met BuMgCl een ernstiger stoornis veroorzaakt.

Raman-spectra van GO, BuMgCl/GO, RGO, GO-SiO₂ , RGO-SiO₂ , BuMgCl/GO-SiO₂ , en BuMgCl/RGO-SiO₂

Om dit probleem op te lossen, worden meer experimenten gedaan om het te bevestigen of omver te werpen, zoals weergegeven in figuur 6b. Wanneer GO-SiO₂ aangezien substraat reageert met BuMgCl, komen de berekende resultaten met deze methode goed overeen met de experimentgegevens van GO en neemt de G/D-verhouding af van 1,05 naar 0,89. Maar wanneer RGO-SiO₂ als substraat reageert met BuMgCl, neemt de G/D-verhouding af van 1,02 naar 1,01, dit toont een duidelijk resultaat dat een geordende opstelling van de grafeenlagen in de complexen niet ernstig wordt vernietigd na reactie met BuMgCl en SiO₂ in de complexen worden gebruikt ter ondersteuning van BuMgCl in dit proces [35].

In situ UHMWPE-polymerisatie met RGO-SiO₂ Ondersteunde Ziegler-Natta-katalysator

Propyleenpolymerisatie werd uitgevoerd met de TiCl₄ /(BuMgCl/GO-SiO₂ ) katalysator. De katalysatoractiviteiten lagen in het bereik van 2,66 × 10⁵ –4.2 × 10⁵ g PE/mol Ti/h, afhankelijk van de verhouding triethylaluminium [TEA]/[Ti] die tijdens de polymerisatie wordt gebruikt. Over het algemeen resulteerde hogere [TEA]/[Ti] in een hogere activiteit. DSC bestudeerde de thermische eigenschappen van de verkregen UHMWPE/GO-composieten. Een consistente smelttemperatuur van het polymeer in de buurt van 142 °C is geruststellend. De PE/GO-composieten met grafeenbelading van 0,28 en 0,5 gew.% (berekend op basis van de toegevoegde GO-hoeveelheid) werden verkregen. De monsters werden onderworpen aan viscositeitsmetingen om hun molecuulgewicht te bepalen (M_η ). Samen met een toename van de hoeveelheid TEA werden de viscositeitsgemiddelde molecuulgewichten van de UHMWPE-matrixen gewijzigd van 3,1 × 10⁶ tot 2.0 × 10⁶ g/mol, die een UHMWPE-vereiste zijn. Morfologische karakterisering van UHMWPE/RGO-SiO₂ wordt getoond in Fig. 7. Figuur 7a toont de morfologie van het UHMWPE/RGO-SiO2-composietpoeder zoals verkregen na polymerisatie; als contrast is het pure UHMWPE-poeder wit zonder RGO-SiO2, zoals weergegeven in figuur 7b. SEM-afbeeldingen in Fig. 7c laten zien dat de UHMWPE/GO-SiO₂ composietkorrels hebben een uniforme grootte, goede dispersie en een regelmatige bolvormige vorm. Ook is de gemiddelde diameter van de composieten berekend. De statistieken van de deeltjesverdeling worden getoond in Fig. 7d en worden vergeleken met de GO-SiO₂ ondersteunt. Aangezien de gemiddelde deeltjesgrootte 150 μm is, wat drie keer de grootte van de drager is, en het aandeel van 120 ~ 180 μm deeltjes meer dan 70% van alle statistieken is, leek dat erg op de grootteverdeling van GO-SiO₂ ondersteunt, en ook, de morfologie van composietherhalingen. Het gedetailleerde pad van morfologieherhaling wordt getoond in Fig. 8. Uit Fig. 7e wordt waargenomen dat er een boldeeltje is met een dekking van een ruw oppervlak, en de oppervlaktestructuur wordt gezien door het vergrotingsbeeld in Fig. 7f, de oppervlakken van polymeerdeeltjes zijn bijna volledig bedekt met grafeenplaten of RGO-SiO₂ , wat de groei van de moleculaire keten op het oppervlak en de omgeving van de katalysator zou kunnen verklaren.

een UHMWPE/RGO-SiO₂ composietpoeder zoals verkregen na polymerisatie. b UHMWPE-poeder zonder RGO-SiO₂ . d Histogrammen van grootteverdeling van c . e SEM-beelden verkregen van breukoppervlak van composieten in verschillende vergrotingen. v Oppervlaktevergroting van e

Schema van nanocomposietsynthese

Herhaling van polymeermorfologie op basis van een reactieschema wordt geïllustreerd in Fig. 8. Ten eerste, de voorloper, RGO-SiO₂ bolvormige drager, wordt gesynthetiseerd door de reactie van thermische reductie met GO-SiO₂ sferische composiet bij 700 °C in een argonatmosfeer om resterende zuurstofgroepen intern uit GO-SiO₂ te verwijderen sandwichstructuur in de RGO-SiO₂ sandwichstructuur en activeert tegelijkertijd silica. Vervolgens reageert het met BuMgCl in tetrahydrofuran (THF) om Bi-ondersteuning te synthetiseren, gevolgd door een overmatige TiCl₄ behandeling om Mg/Ti-katalysatorcomponent te genereren; een deel van de componentvorming vindt direct plaats op het oppervlak van de drager en andere delen gaan door de poreuze architectuur naar de binnenkant en interageren met silica-nanodeeltjes die verspreid zijn over de sandwichstructuur. Vervolgens wordt de gedragen katalysator betrokken bij ethyleenpolymerisatie. Wanneer ethyleen het actieve centrum ontmoette, groeien en kristalliseren de moleculaire ketens van het drageroppervlak snel in de omgeving van de katalysator, samen met de verticale richting van de sferische raaklijn. En de moleculaire ketens van de interne katalytische plaatsen beginnen ook te groeien. Ze vulden zich rond de RGO-SiO₂ sandwichstructuur en heeft geen interactie met grafeen; daarom kan grafeen zich uniform verspreiden. Met de verdere groei van moleculaire ketens, groeit het volume van polymeerkorrels en wordt het nog moeilijker om de morfologie volledig te herhalen. Dit is de reden waarom de nanocomposieten geen bijna perfecte bollen zijn in de SEM die wordt getoond in Fig. 7, terwijl het polymeer een uniforme grootte, goede dispersie en een RGO-SiO₂ heeft sandwichstructuur.

Elektrische geleidbaarheid

De elektrische geleidbaarheid van smeltgecomprimeerde UHMWPE-nanocomposieten werd gemeten met behulp van de vierpuntsmethode op cilindrische platen met een diameter van 20 mm en een hoogte van 2 mm. Bij 0,5 gew% GO-inhoud was de elektrische geleidbaarheid 6,46 × 10⁻⁴ S/cm; met afnemende GO-inhoud was het 4,62 × 10⁻⁵ S/cm. In vergelijking met de methode die rechtstreeks gedispergeerde grafeen nanosheet gebruikte, kost deze methode minder grafeen bij het vormen van de nanocomposieten om dezelfde geleidbaarheid te bereiken. De reden is dat bij de eerste methode veel katalytische groepen van de gedragen katalysator zich op het grafeenoppervlak bevonden, waardoor het oorspronkelijke geconjugeerde systeem werd vernietigd en de geleidbaarheid ervan verslechterde. Echter, nadat de bolvormige dragers zijn gesynthetiseerd, de reactie van een Grignard-reagens BuMgCl met GO-SiO₂ in THF komt voor op het drageroppervlak, dat de interne grafeenstructuur niet beschadigt, en een geleidend netwerk wordt gevormd als het interne grafeen in het polymeer wordt verspreid terwijl de gepolymeriseerde monsters worden gemengd en samengeperst tot films.

Conclusies

In deze studie werd een unieke micron RGO/SiO₂ nanocomposiet als een nieuwe ondersteuning voor Ziegler-Natta-katalysator met een 3D-bolvormige poreuze architectuur werd gesynthetiseerd. We hebben geprobeerd de drager te bereiden door de onnodige defecten die tijdens het proces van in situ polymerisatie worden gegenereerd, te verminderen. De dragers fungeren als katalysatorframe, versterkende nanovulstoffen en geleidende middelen. De katalytische component en actieve plaatsen zijn uniform en goed verdeeld in het oppervlak en de interne poriën van de dragers na gebruik van de nieuwe dragersynthese Bi-ondersteunde Ziegler-Natta-katalysatoren van TiCl₄ (BuMgCl/RGO-SiO₂ ) systeem. En de morfologieën van de polyethyleencomposieten repliceren de morfologieën van de dragers, waarna bolvormige UHMWPE/grafeencomposieten zijn gesynthetiseerd, wat gunstig en cruciaal is om de continue reparatie- en productieapparatuur in de industrie te laten werken. Bovendien zijn deze RGO-SiO₂ nanocomposieten met een poreuze architectuur hebben ook potentiële toepassingen op veel andere gebieden, zoals katalysatoren, materialen voor energieopslag, nano-elektronica en foto-elektronische apparaten.