Page 17 - 《精细化工》2020年第11期

第 11 期 张 雷，等: 聚合物基氧化石墨烯纳米复合材料研究进展 ·2163·

WEI 等 [14] 利用水性苯丙乳液聚合物结构中苯环
与磺化还原氧化石墨烯的 π-π 相互作用，提升了磺
化还原氧化石墨烯和苯丙乳液间的界面结合作用，
显著提高了复合材料的力学性能。
但是，由于 π-π 相互作用力较弱，当遇到更强
的作用力时就不再是主导力，例如：在强碱性条件
下，π-π 作用易受到破坏，导致其在实际应用过程中
存在局限性。
1.2.2 氢键相互作用
氧化石墨烯片层上的羧基、羟基和环氧基等含
氧官能团可与具有一定极性的聚合物产生氢键相互
作用，如聚苯胺、聚酰胺和聚氨酯等，从而实现对
氧化石墨烯的非共价改性。以聚乙烯醇或者聚甲基

丙烯酸甲酯为例，其可通过氢键相互作用对氧化石

图 2 细乳液聚合法制备 GO-ODA@P(St-BA)聚合物微球 墨烯片与片之间进行交联，提高了复合材料的拉伸
[7]
示意图 强度和杨氏模量，如图 4 所示 [15] 。
Fig. 2 Schematic illustration of the preparing of GO-ODA@
P(St-BA) polymer microspheres by miniemulsion
[7]
polymerization

1.2 氧化石墨烯的非共价改性
非共价改性主要是通过 π-π 相互作用、氢键或
范德华力作用将修饰物吸附到氧化石墨烯表面。这

个过程不会破坏氧化石墨烯本身结构，却能改变其 图 4 聚乙烯醇（a）和聚甲基丙烯酸甲酯（b）与氧化石墨

性能，因而在催化 [10] 、水处理 [11] 、药物递送 [12] 等领 [15]
烯片层上的含氧基团发生氢键相互作用示意图
域相比于共价改性显得更有优势。 Fig. 4 Schematic illustration of hydrogen bonding interactions
1.2.1 π-π 相互作用 between polyvinyl alcohol (a), polymethyl
methacrylate (b) and the oxygen-containing groups
氧化石墨烯结构中含有庞大的共轭 π 键体系， [15]
on the graphene oxide sheets
能与一些分子结构中含有苯环、吡啶环或咪唑环的
分子发生 π-π 相互作用，将其吸附到氧化石墨烯表 1.2.3 静电相互作用
面，实现对氧化石墨烯的非共价改性。TOKUDA 等 [13] 氧化石墨烯片层上的羧基、羟基可与一些带电
利用咪唑 盐型离子液体对还原氧化石墨烯进行非 物质发生静电相互作用，实现对氧化石墨烯的非共
共价改性，再通过细乳液聚合法实现了乳胶粒对还 价改性。LIU 等 [16] 利用静电作用力使 Fe 3 O 4 纳米颗
原氧化石墨烯纳米片的封装，从而解决了还原氧化石
粒吸附于氧化石墨烯纳米片表面，赋予氧化石墨烯
墨烯在聚合物基体中分散性差的问题，如图 3 所示。 一定的磁响应性，为后续其在复合材料中的有序排

列提供了可能，如图 5 所示（图中，HCCP 为六氯
环三磷腈；MDA 为 4,4'-二氨基二苯甲烷；TEA 为
三乙胺；GNS-Fe 3 O 4 @PZM 为聚环三磷腈-4,4'-二氨
基二苯甲烷包覆还原氧化石墨烯-四氧化三铁；DBA
为己二烯双酚 A；BDM 为 4,4'-双马来酰亚胺基二苯
甲烷；BMI 为双马来酰亚胺；H 为磁场强度）。陈艳
军等 [17] 利用 2-羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖（HACC）
与还原氧化石墨烯（RGO）间的静电作用力，使得

图 3 使用离子液体通过细乳液聚合法制备封装有还原 HACC 插层吸附在还原氧化石墨烯片层表面，制得
氧化石墨烯纳米片的聚合物微球 [13] 可在 pH 为 2~9 的水溶液中稳定分散的 2-羟丙基三
Fig. 3 Preparation of polymer particles encapsulated 甲 基 氯 化铵壳 聚糖 插层改 性还 原氧化 石墨 烯
reduced graphene oxide nanosheets using ionic
liquid monomer by miniemulsion polymerization [13] （HACC-RGO）。