[發明專利]一種氧化石墨烯/聚乙烯醇復合涂層的制備方法

在審

• 申請號: 201811309101.1
• 申請日: 2018-11-05
• 公開（公告）號: CN109608674A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 丁富傳;王圣權
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: C08J7/04
• 分類號: C08J7/04;C09D129/04;C09D7/61;C08L67/02;C08L27/06
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明涉及一種氧化石墨烯/聚乙烯醇復合涂層的制備方法。其制備方法是將氧化石墨烯加入到去離子水中，用堿將體系的pH調至8.0～14.0，攪拌超聲使氧化石墨烯充分的分散，形成單層分散的氧化石墨烯剝離液，再加入PVA溶液、交聯劑、酸性催化劑混合均勻，得到氧化石墨烯/聚乙烯醇混合液，將混合液涂布在有機高分子的基膜上，經烘干?固化等過程，可在基膜表面形成一層氧化石墨烯/聚乙烯醇復合涂層材料。通過本發明制備的氧化石墨烯/聚乙烯醇復合涂層，具有氧化石墨烯分散性好、表面光滑、耐水性強、阻隔性好、力學性能優越等特點。

技術領域

本發明屬于納米復合材料領域，具體涉及一種氧化石墨烯/聚乙烯醇復合涂層的制備方法。

技術背景

隨著科學技術的飛速發展，材料學正發生著日新月異的變化，高分子材料以其化學穩定性好、質量輕、絕緣性好、成型方法多等優點而廣泛應用于現在工業和日常生活生產。

聚乙烯醇是一種可完全降解的高分子聚合物，對人體無毒、無味、無害，與自然環境具有良好的親和性，不累積、無污染。其分子結構中含有羥基，使其具有高度的結晶性和高阻隔性，在替代難降解的聚乙烯、聚氯乙烯等包裝材料具有潛在的價值。氧化石墨烯是化學改性石墨烯的高度氧化形式,其片層具有褶皺型結構,在單層石墨烯片層上通過反應鏈接上羧酸, 環氧化物和羥基等基團,其表面具有的這些親水性官能團使得它能在純水中因靜電排斥作用而形成穩定的分散體系。

目前，關于氧化石墨烯/聚乙烯醇阻隔材料已有報道，周瑩等采用氧化石墨烯/聚乙烯醇層層自組裝的方式對聚乳酸(PLA)進行了表面改性，提高了其阻隔性能；Jie Chen等采用硼酸作為交聯劑制備氧化石墨烯/聚乙烯醇復合膜，結果表明，當氧化石墨烯(GO)占PVA質量的0.2％時，PVA膜的斷裂強度提高了三倍。本發明與以上方法不同，采用了堿作為氧化石墨烯的分散劑，這是因為在堿性條件下氧化石墨烯上的羧基去質子化并具有良好的親水性，從而像常規鹽一樣分散在水中。本發明為創造一個更加有利于氧化石墨烯/聚乙烯醇分散的環境，配制的涂布液中氧化石墨烯/聚乙烯醇的總固含量僅為0.5～2.0％，在此稀混合液中，PVA 分子鏈可以順利的插入到氧化石墨烯的片層中去，使得氧化石墨烯占聚乙烯醇的質量百分比達到50％也不會出現聚集現象，并且分散良好，極大的提高了復合涂層的阻隔性能，同時，所制得的氧化石墨烯/聚乙烯醇復合膜的彈性模量也顯著增強。

發明內容

本發明的目的是提供一種制備工藝簡單、氧化石墨烯(GO)分散性好、力學與氣體阻隔性能優異的氧化石墨烯/聚乙烯醇復合涂層的制備方法。

本發明以水為溶劑，控制濃度，將充分溶解的PVA溶液與充分分散的GO溶液混合，使得處于完全剝離狀態的GO納米粒子與PVA分子在溶液中充分的共混，由于PVA分子中的羥基與 GO所帶的極性官能團，如羥基、羧基、酮基等有很好的相互作用，提高了兩者的相容性，使得制備的GO/PVA混合液具有很好的穩定性，且經干燥成膜后，GO納米粒子可以非常均勻的分布于GO/PVA復合涂層中。加入交聯劑，經干燥熱固化后，PVA與PVA分子之間、PVA與GO的界面之間可以形成交聯結構，提高了復合涂層的耐水性與力學性能。

本發明的技術方案

本專利涉及一種氧化石墨烯(GO)/聚乙烯醇(PVA)復合涂層的制備方法，其特征如下：

(1)制備氧化石墨烯分散液：將氧化石墨烯粉末加入到去離子水中，用堿將體系pH調至8.0～14.0，常溫攪拌10～60min，超聲0.5～1.5h后得到充分分散的氧化石墨烯剝離液。

(2)制備聚乙烯醇溶液：將PVA加入到去離子水中，90～100℃加熱攪拌5～10h至充分溶解，得到PVA溶液。

(3)制備氧化石墨烯/聚乙烯醇混合液：將步驟(2)中得到的PVA溶液加入到步驟(1) 所得的氧化石墨烯分散液中，并加入交聯劑、酸性催化劑，常溫攪拌30～90min，超聲0.5～ 1.5h后得到氧化石墨烯/聚乙烯醇混合液。