Page 231 - 《精细化工》2023年第8期
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第 8 期            高瑞军，等:  聚羧酸原位改性氧化石墨烯减水剂的制备及对混凝土性能的影响                                   ·1845·


                          –1
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            边缘；1596 cm 处的 G 峰代表 GO 上碳原子 sp 杂                   区域出现特征吸收峰。综上可知，可用紫外-可见光
            化伸缩振动峰，能够有效反映 GO 的层数。相较于                           谱来表征 GO-IPEG 溶液的分散稳定性，且 GO-IPEG
            GO 的拉曼光谱，GO-IPEG 和 GO-PCE 拉曼光谱上                    溶液的吸光度越大，GO 在溶液中的分散稳定性越高。
                              –1
            的 D 峰由 1351 cm 分别偏移到 1345 和 1248 cm          –1        利用 Zeta 电位进一步分析 GO-IPEG 溶液的分
            处，表明 GO 表面含氧官能团与 IPEG 和 AA 等单体                     散稳定性，结果如图 4 所示。
            发生了相互作用。由于 GO 表面含有大量羧基以及
            IPEG 含有端羟基，因此 D 峰的红移现象可以归结
            于 GO 表面的羧基与 IPEG 链端的羟基发生了酯化
            反应。GO-IPEG 和 GO-PCE 拉曼光谱上在 2887 和
                   –1
            840 cm 处出现的特征吸收峰分别代表 C—H 和 C
            —O—C 的伸缩振动。在 GO-IPEG 的拉曼光谱上
                    –1
            1605 cm 处出现代表 GO-IPEG 分子结构中 C==C
            的强烈特征峰，而在 GO-PCE 曲线上该特征峰强度
            变得非常弱，进一步表明 GO-IPEG 和 AA 单体发生

            了共聚合反应。                                                图 4  GO 水溶液和 GO-IPEG 溶液的 Zeta 电位
            2.2   GO-IPEG 和 GO-PCE 溶液的分散稳定性                       Fig. 4    Zeta potential of GO and GO-IPEG solution

                 由于 GO 结构中含有未被氧化的芳香共轭结                             由图 4 可见，GO 水溶液（质量浓度为 4 g/L）
            构，所以 GO-IPEG 在紫外区能够呈现电子吸收光                         的 Zeta 电位绝对值为 38.80 mV，GO-IPEG 水溶液
            谱，可利用紫外-可见光谱来表征其分散稳定性                    [2,29-31] ，  （质量浓度为 4 g/L）的 Zeta 电位绝对值显著降低，
            结果如图 3 所示。                                         为 1.1 mV。根据胶体稳定性理论           [33] 可知，Zeta 电位

                                                               越高，颗粒的分散体系越稳定。但从图 4 中内嵌图
                                                               片（a、b）可发现，GO 水溶液（图 4a）出现了团
                                                               聚现象，GO-IPEG 溶液（图 4b）却具有优异的分散
                                                               稳定性。GO 在水溶液中团聚可能是由于 GO 尺寸
                                                               小、比表面积大，颗粒表面能大，是颗粒间的相互
                                                               吸附和排斥共同作用的结果。GO-IPEG 具有优异的
                                                               分散稳定性，这可能是因为，一方面，IPEG 能够有
                                                               效改变 GO 表面电性，表明 IPEG 和 GO 发生了酯化
                                                               反应，该结果也可从 FTIR 和拉曼光谱结果中证实；

                                                               另一方面，GO-IPEG 的分散机理不同于文献中报道
             图 3  GO-IPEG 溶液 UV-Vis 吸收光谱与反应时间的关系               的 GO 与阴离子或阳离子表面活性剂结合后形成稳
            Fig. 3   Relationship between  UV-Vis adsorption spectra of                         [31,34]
                   GO-IPEG solution and reaction time          定的分散体系所体现的静电斥力理论                     ，而主要
                                                               为 IPEG 的空间位阻作用。
                 由图 3 可知，GO-IPEG 在 253 nm 处出现的紫                    pH 会对 GO 在 PCE 体系中分散稳定性产生影
            外吸收峰主要由 GO 结构中 π-π 共轭键的吸收产生。                       响，图 5 分别显示了 pH 对 PCE 和 GO-PCE 溶液的
            随着 GO 与 IPEG 反应时间的延长，GO-IPEG 样品                    Zeta 电位的影响。
            的吸光度逐渐增大，但当反应时间达到 60 min 后，                            由图 5 可见，PCE 溶液的 Zeta 电位随 pH 的增
            继续延长反应时间，样品溶液的吸光度却变化不大。                            加先缓慢增加然后下降，并且在 pH 为 7.8 时 PCE
            所以，GO 与 IPEG 的最佳反应时间为 1 h。根据                       溶液达到电中性。此后 Zeta 电位变为负值，并且 Zeta
            Lambert-Beer 定律可知，吸光度与 GO 的浓度成正                    电位随溶液 pH 增大而减小，在 pH 为 12 时 Zeta 电
            比，即与溶液中 GO 的相对数量有关                [29] 。因此，在       位为–3.29 mV。这主要是因为 PCE 分子结构中的羧
            相同 GO 含量的条件下，随着反应时间的延长，GO                          基基团在碱性条件下发生电离，使溶液的 Zeta 电位
            吸光度逐渐增大，可知 GO 团聚体数量减少，分散性                          逐渐减小。GO-PCE 溶液的 Zeta 电位随 pH 变化也
            能提高。YU 等      [32] 也指出，团聚的碳纳米管（CNT）                得到相似的结果，GO-PCE 溶液在 pH 为 5.3 时达到
            或 GO 等纳米材料由于光致发光猝灭作用使其在                            等电点。但从图 5 可以观察到，当 pH 大于 4 时，
            190~1200 nm 的紫外-可见光区域无吸收，而分散性                      在相同的 pH 下，GO-PCE 溶液的 Zeta 电位小于 PCE
            较好的具有共轭结构的碳材料溶液在紫外-可见光                             溶液，尤其在高 pH 区域，GO-PCE 溶液的 Zeta 电
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