Page 228 - 《精细化工》2023年第8期
P. 228

·1842·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

                 石墨烯具有很好的机械性能、导热性能及光学                              因此，本文首先利用 GO 表面上羧基接枝具有
            性能等，杨氏模量可达 1.0 TPa，广泛应用于传感器、                       聚合活性的异戊烯醇聚氧乙烯醚（IPEG），制得中
            透明导电膜、清洁能源设备、石墨烯/聚合物纳米复                            间体 GO-IPEG。一方面 IPEG 的大空间位阻解决了
                         [1]
            合材料等领域 。但在制备石墨烯纳米复合材料的                             GO 的分散问题，另一方面 IPEG 分子结构中的活性
            过程中，由于石墨烯的小尺寸和高比表面积特性，                             双键可与其他乙烯基单体发生共聚合反应。通过
            无法避免石墨烯颗粒在有机/无机材料基体中的团                             GO-IPEG 与小单体丙烯酸（AA）的共聚，制得聚
            聚 [2-3] 。氧化石墨烯（GO）是石墨烯经过强氧化作                       羧酸原位改性氧化石墨烯减水剂 GO-PCE。通过
            用而制备的一种单层产物，与石墨烯相比，GO 片                            FTIR、Raman 表征了产品的分子结构，利用 UV-Vis
            层结构边缘和结构基面上存在大量的羧基、羟基、                             研究了 GO-PCE 的分散稳定性，并验证了 GO-PCE
            羰基和环氧基团        [4-6] ，具有较高的亲水性和化学可调                用于水泥净浆和混凝土体系中的分散和增强抗裂性
            控性，因此可通过改性显著提高 GO 在有机/无机材                          能，对改善硬化混凝土材料的裂缝问题有积极意义。
            料基体中的分散稳定性。
                                                               1   实验部分
                 改善 GO 在有机/无机材料基体中的分散性的主
            要方法有溶液混合法          [7-8] 、熔融共混法    [9-12] 、化学改     1.1   试剂与仪器
            性法及原位聚合法         [13-18] 等，这些方法主要用于提高
                                                                   基准水泥，P.I 42.5，曲阜中联水泥股份有限公
            复合材料的机械性能、热性能、导电性能、抗渗透                             司，符合 GB 8076—2008《混凝土外加剂》附录 A
            性以及 GO 的分散稳定性。DESHMUKH 等                [19] 首先
                                                                                                2
                                                               中的技术条件，比表面积为 350 m /kg，密度为
            将 GO 在去离子水中超声 30 min，然后加入到聚吡
                                                                       3
                                                               3.14 g/cm ；GO，南京吉仓纳米科技有限公司，其
            咯和聚乙烯醇组成的混合液中，通过溶液混合法在
                                                               物性参数见表 1；1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳化
            75  ℃下反应 12 h，得到聚吡咯/聚乙烯醇/GO 复合
                                                               二亚胺（EDC）、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS），AR，
            材料。GO 在有机基体中的高效分散主要源于大功                            上海阿拉丁生化科技股份有限公司；IPEG（重均相
            率超声以及 GO 表面的亲水性基团。TIWARI 等                  [20]
                                                               对分子质量 2400），辽宁奥克化学股份有限公司；
            通过熔融共混将 GO 掺入聚碳酸酯/聚甲基丙烯酸甲
                                                               AA、N,N-二甲基甲酰胺、H 2 O 2 （质量分数 27.5%）、
            酯复合材料中，GO 通过均质荷载传递和有效的界
                                                               抗坏血酸、巯基乙酸、片状氢氧化钠，AR，国药集
            面黏结效应改善了纳米复合材料的热机械性能。
            SHARMA 等    [21] 首先利用丙烯腈与 GO 表面上的羟                 团化学试剂有限公司；NaOH（质量分数 30%）、去
                                                               离子水，自制。
            基发生反应制备中间体，然后与甲基丙烯酸甲酯单
                                                                   TENSOR27 傅里叶变换红外光谱仪，德国 Bruker
            体通过原位聚合法制备 GO 改性纳米复合材料，复
                                                               公司；LabRAM ARAMIS 拉曼光谱仪，法国 HORIBA
            合材料在 1%的掺量下（以原油质量为基准）能够显
            著改善含蜡原油的流变性能。ZHANG 等                  [22] 分别采     Scientific 公司；UV-1800 紫外分光光度计，日本
                                                               Shimadzu 公司；DT300 电声法 Zeta 电位分析仪，美
            用原位聚合和熔融共混两步法制备了 GO 基聚苯乙
                                                               国 Dispersion Technology 公司；Multi N/C 2100 型总有
            烯纳米复合材料，与纯聚苯乙烯基体材料性能相比，
                                                               机碳分析仪，德国 Analytik Jena 公司；PCD05 型颗粒
            GO 基聚苯乙烯纳米复合材料的界面结合能提高了
                                                               表面电荷滴定仪，德国 Mütek Analytic 公司。
            64%，抗拉性能也得到了显著提高。在这些方法中，

            溶液混合法存在反应时间过长的缺点，熔融共混的                                           表 1  GO 的物化性质
            制备工艺较繁琐并且很难表征 GO 在有机基体中的                                Table 1    Physical and chemical properties of GO
            分散程度，而原位聚合法能更有效地改善 GO 在材                             直径/μm      厚度/nm     单层占比/%      质量分数/%
            料基体中的分散性，也是目前 GO 改善材料性能的                               <5       0.8~1.2      >95         >95
            研究热点之一。但鲜见采用原位聚合法将 GO 用于
            混凝土外加剂领域的报道，原位聚合氧化石墨烯的                             1.2   GO-IPEG 的制备
            研究方法、分散稳定性及机理还需进一步深入研究                                 参考文献[25]制备中间体 GO-IPEG           [25] ：向装有
            与完善。LYU 等      [23] 和高党国等  [24] 利用原位聚合法制           100 g N,N-二甲基甲酰胺的 250 mL 三口烧瓶中加入
            备了 GO/聚羧酸纳米复合材料，并通过分析手段证                           0.05 g GO、0.05 g EDC 和 0.01 g NHS，400 W 功率
            明了 GO 在聚羧酸基体中的良好分散性和产物较好                           下超声至 GO 均匀分散后，于 40  ℃下反应 2 h，制
            的应用性能。但是在 GO/聚羧酸的制备过程中，作者                          得 GO 前驱体。将 GO 前驱体在 4000 r/min 离心 30
            并没有指出参与反应的 GO 活性位点以及如何提高                           min 后，去除上清液，然后加入 100 g 去离子水和
            GO 聚合反应活性，从而来提升产品的分散稳定性。                           50 g IPEG，于 40  ℃下反应 1~4 h，取 20 g 上述样
   223   224   225   226   227   228   229   230   231   232   233