Page 239 - 《精细化工》2023年第8期

第 8 期 朱 科，等: 氧化石墨烯-水性环氧树脂固化剂的制备及性能
图 4 GO 和 TGO-WPEA 的 XRD 谱图（A）；GO 的 XPS
全谱图（B）和 C 1s 谱图（C）；TGO-WPEA 的 XPS
全谱图（D）、C 1s 谱图（E）和 N 1s 谱图（F）
Fig. 4 XRD patterns of GO and TGO-WPEA (A); Survey
(B) and C 1s (C) XPS spectra of GO; Survey (D), C
1s (E) and N 1s (F) XPS spectra of TGO-WPEA
由图 4A 可知，GO 在 2θ=10.76°处出现高强度
尖峰，表明 GO 表面具有高度有序的结构，其层间
间距约为 0.82 nm。这是由于 C 原子层间引入了含
氧基团，导致层间距与石墨相比有所增加 [17] 。通过
TETA 对 GO 进行小分子插层分散后，TGO-WPEA
除了在 2θ=10.59°处出现尖峰以外，还在 2θ=20.15°
处出现了一个较宽、较弱的衍射峰，说明 GO 片层
表面引入了有序度较低的聚合物有机分子。有机长
链结构可有效改善 GO 与环氧树脂的亲和性，降低
GO 二次聚集 [18] 。
XPS 分析可进一步阐明 GO 和 TGO-WPEA 表
面元素组成的变化，结果见图 4B~F。如图 4B~F 所
示，GO 全谱图（图 4B）中只含有 C 元素和 O 元素，
而且其 C 1s 谱（图 4C）显示，GO 拥有较少不饱和碳
和大量含氧碳 [19-20] 。6 个特征峰分别对应的碳原子归
属如下：C==C（284.04 eV）、C—C（284.60 eV）
羟基中氧原子与碳原子形成的 C—O（285.78 eV）、
环氧基中 C—O—C（286.64 eV）、羰基中 C==O
（287.89 eV）和羧酸中 O—C==O（289.10 eV）
TGO-WPEA 的 XPS 谱（图 4D）显示，相对于 GO，
TGO-WPEA 增加了 N 1s 峰。此外，TGO-WPEA 样
品的 C 1s 谱（图 4E）中出现归属于 C—N 键
（285.49 eV）和 N—C==O 键（288.85 eV）的特征
·1853·
峰，证实 TGO-WPEA 中存在胺基 [21-22] 。在图 4F 中
出现了归属于 N—H（399.13 eV）和 C—N（400.90
eV）的特征峰，证明固化剂 WPEA 分子与 GO 通过
共价键结合而接枝到纳米片层表面 [23] 。
2.3 TGO-WPEA 和 GO-WPEA 的储存稳定性
从图 1 和图 2 分别可以观察到 TGO-WPEA 和
GO-WPEA 静置 30 d 后的外观稳定性。TGO-WPEA
固化剂不透光，纳米材料分散稳定性优良；而
GO-WPEA 在静置 30 d 后，GO 下沉明显，稳定性
变差。由于 WPEA 固化剂相对分子质量较大，在机
械力挤压作用下无法均匀插入到 GO 片层间使其均
匀分散，因此 GO 在其自身重力、大比表面积及片
层分子间作用等因素的影响下发生聚集，导致 GO-
WPEA 稳定性下降。
2.4 TGO-EP 和 GO-EP 乳胶膜断裂面微观状态对比
图 5 是 EP、GO-EP 和 TGO-EP 乳胶膜断裂面
的 SEM 图。EP（图 5A）为河流花样断裂面，呈现
典型脆性断裂特征 [24] ；GO-EP（图 5B）断裂面表现
为韧性断裂，但表面存在大量的微孔，这与 GO 在
聚合物中的非均匀分散有关。与 EP 相比，TGO-EP
（图 5C）断裂面光滑度下降。这是由于 TGO 与固
化剂 WPEA 以共价键结合，与环氧树脂乳液发生交
联固化反应，TGO 作为交联点提高了乳胶粒间的相
互作用，导致断面光滑度下降，说明插层集合法所
制得的 TGO-EP 复合胶膜中的 TGO 纳米材料的分散
稳定性高于 GO 在 GO-EP 的分散稳定性。
[19] 、 图 5 EP（A）、GO-EP（B）和 TGO-EP（C）乳胶膜断
裂面的 SEM 图
Fig. 5 Cross-sectional SEM images of EP (A), GO-EP (B)
[20] 。 and TGO-EP (C)
2.5 复合材料水蒸气透过率与附着强度
通过水蒸气透过率研究了胶膜对小分子的屏蔽
性能，结果如图 6A 所示。由图 6A 可知，EP 胶膜的
2
水蒸气透过率最大，为 133.44 g/(m ·d)；GO-EP 的水