Learning Centre

Hexamethylene diisocyanate functionalized graphene oxide as a filler in polyurethane and polyaniline composites

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Luong, Nguyen Dang
dc.contributor.author Metsälä, Antti
dc.date.accessioned 2014-08-29T06:50:45Z
dc.date.available 2014-08-29T06:50:45Z
dc.date.issued 2014-08-19
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/13873
dc.description.abstract Graphene is a carbon nanomaterial with high electrical and thermal conductivities, high mechanical strength, good barrier properties, and interesting optical properties. The purpose of this thesis is to study the possible functionalizations of graphene and the use of such functionalized materials in composites. In its pure form, graphene is insoluble in most solvents and it has no functional groups that could be easily covalently functionalized, complicating its use in composite materials. To introduce such functional groups, graphene can be oxidized to form waterdispersible graphene oxide. In addition to introducing oxygen functionalities to the material, the oxidation process also disrupts graphene's structure and conductivity. Most of the conductivity can be restored by reduction, and after reduction the material still has a small amount of oxygen functionalities left that can be used for covalent functionalization. The main purpose for functionalizing graphene is to increase its solubility. Other purposes include grafting polymers to graphene's surface, doping, and bandgap creation. In the experimental part of this work we study the functionalization of graphene oxide with a chemical that has two functional groups. For this purpose, hexamethylene diisocyanate was chosen, as isocyanate can form urethanes with the hydroxyl groups of graphene oxide. The functionalized material was then studied as the filler in polyaniline and polyurethane composites. The composition of the fabricated materials was studied with infrared spectroscopy, thermal properties were studied with differential scanning calorimetry and transient plane source method, and the electrical conductivites were studied with 4-point probe method. The IR spectra show succesful functionalization of graphene oxide, and the succesful integration of functionalized graphene oxide to the matrix polymer. The electrical conductivity of polyaniline composites increased somewhat, but the polyurethane composites were not electrically conducting. No significant changes were observed in the thermal conductivites. en
dc.description.abstract Grafeeni on hiilinanomateriaali, jolla on korkea sähkön- ja lämmönjohtavuus, hyvä mekaaninen kestävyys sekä hyvät kaasunläpäisevyys ja optiset ominaisuudet. Tässä työssä tutkitaan grafeenin funktionalisointimahdollisuuksia sekä funktionalisoidun grafeenin käyttöä komposiiteissa. Puhtaassa muodossaan grafeeni ei liukene yleisiin liuottimiin, eikä sillä ole funktionaalisia ryhmiä, joita voitaisiin käyttää hyväksi kovalenttisessa funktionalisoinnissa. Tämä hankaloittaa sen käyttöä komposiittimateriaaleissa. Funktionaalisten ryhmien luomiseksi, grafeeni voidaan hapettaa grafeenioksidiksi. Happi-funktionaalisuuksien tuomisen lisäksi, hapettaminen myös vahingoittaa grafeenin rakennetta ja johtavuusominaisuuksia. Johtavuus voidaan kuitenkin suurimmaksi osaksi palauttaa pelkistämällä. Pelkistyksen jälkeen grafeenioksidissa on yhä jäljellä joitakin funktionaalisia ryhmiä, joita voidaan käyttää kovalenttiseen funktionalisointiin. Grafeenin funktionalisoinnin yleisin tavoite on saada grafeeni liukenemaan, tai ainakin dispergoitumaan, tiettyyn liuottimeen. Muita tavoitteita funktionalisoinnille ovat mm. polymeerien kiinnitys grafeenin pintaan, douppaus, sekä bandgapin luominen. Työn kokeellisessa osuudessa tutkitaan grafeenin funktionalisointia kemikaalilla, jossa on kaksi funktionaalista ryhmää. Tätä tarkoitusta varten valittiin Heksametyleeni-di-isosyanaatti, sillä isosyanaatti voi muodostaa uretaaneja grafeenioksidin hydroksyyliryhmien kanssa. Tällä tavoin funktionalisoitua materiaalia tuktittiin täyteaineena polyaniliini ja polyuretaani komposiiteissa. Valmistettujen materiaalien rakennetta tutkittiin infrapunaspektroskopialla. Lisäksi komposiiteista mitattiin lämmön- ja sähkönjohtavuudet. Mitatuista infrapunaspektreistä on nähtävissä, että sekä grafeenioksidin funktionalisointi, että funktionalisoidun materiaalin integrointi polymeeriin onnistuivat. Polyaniliinikomposiitin sähkönjohtavuus kasvoi, mutta polyuretaanikomposiitit eivät johtaneet sähköä. Komposiittien lämmönjohtavuuksissa ei tapahtunut merkittäviä muutoksia. fi
dc.format.extent 52
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Hexamethylene diisocyanate functionalized graphene oxide as a filler in polyurethane and polyaniline composites en
dc.title Heksametyleeni-di-isosyanaatti funktionalisoitu grafeenioksidi täyteaineena polyuretaani ja polyaniliini komposiiteissa fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword graphene en
dc.subject.keyword graphene oxide en
dc.subject.keyword functionalization en
dc.subject.keyword isocyanate en
dc.subject.keyword polyaniline en
dc.subject.keyword polyurethane en
dc.subject.keyword grafeeni fi
dc.subject.keyword grafeenioksidi fi
dc.subject.keyword funktionalisointi fi
dc.subject.keyword isosyanaatti fi
dc.subject.keyword polyaniliini fi
dc.subject.keyword polyuretaani fi
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201408292524
dc.programme.major Prosessit ja tuotteet fi
dc.programme.mcode KE3003 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Seppälä, Jukka
dc.programme KEM - Kemian tekniikan koulutusohjelma fi
dc.location PK fi
local.aalto.openaccess yes
local.aalto.digifolder Aalto_11467
dc.rights.accesslevel openAccess
local.aalto.idinssi 49652
dc.type.publication masterThesis
dc.type.okm G2 Pro gradu, diplomityö


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse