氧化石墨烯改性丙烯酸树脂涂层的制备及性能研究

ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｗａ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｈ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｓ ａ ｍｐ ｌ ｅ ｈ ａ ｄ ａ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｒ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ， ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｈ ｅ ｓ ｉ ｏ ｎ， ａ ｃ ｉ ｄ ａ ｎ ｄ ａ ｌ ｋ ａ ｌ ｉ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｇｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ（ ＧＯ） ｗａ ｓ ａ ｄ ｄ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ａ ｃ ｒ ｙ ｌ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ａ ｓ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｏ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ａ ｃ ｒ ｙ ｌ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ＧＯ
１ ． ２ Ｇ ｏ 的 合 成
采 用 Ｈｕ ｍｍｅ ｒ ｓ 法 制备 Ｇ ０。 首 先 ， 将 ３ ｇ石 墨 ， ３ ｇ Ｐ ２ Ｏ５ ，
３ ｇ Ｋ Ｓ 。 ０ 。 加 入到 ４ ０ ｍＬ浓 硫 酸 中 ， 混合液 ８ Ｏ ℃反 应 ５ ｈ后 ， 将
反 应 液 冷 却 至 室温 ， 用 去 离 子 水 洗 涤 至 中 性 得 到 预 氧 化 物 Ａ；
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ ， ａ ｃ ｒ ｙ ｌ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ， ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ
丙 烯 酸 树 脂 由 于 具 有 良好 的 性 能 而 被 广 泛 应 用 于 涂 料 ， 粘 合 剂 等 领 域 中 。但 其 组 成 结 构 较 简 单 ， 在耐 水性 、 硬度、 耐 磨性 、 热稳定性 、 附 着力 等方 面还不 能尽 如人 意＿ １ ］ ， 因 此 限 制 了它更为广泛地应用 。 石墨烯作为一种新 的纳米 材料 ， 自被 发 现 以来 就 以 优 异
形貌 。
ＧＯ在 丙 烯 酸树 脂 中 良好 地 分 散 并 且 使 其 热 稳 定 性 提 升 。
２ ． ２ ． ３ Ｇ Ｏ／ 丙烯 酸 树 脂 的 力 学性 能
百度文库
图６ （ ａ — ｃ ） 是Ｇ Ｏ／ 丙烯酸树脂 纳米复合材料的 Ｔ Ｅ Ｍ 图， 图 ６ （ ａ ） 是 Ｇ Ｏ在丙烯酸树脂 中的整体分布图 ， 可 以看 到 Ｇ Ｏ 在 基 体 树 脂 中 的 分散 状 况 良好 ， 图６ （ ｂ － ｃ ） 是 ＧＯ 在 丙 烯 酸 树 脂 中 的局部 图 ， 可 以看 到 ＧＯ在 树 脂 中能 够 较 好 地 伸 展 开 来 ， 部 分 Ｇ Ｏ颜色较深 ， 比较 昏 暗 ， 这 是 由于 Ｇ Ｏ片层较 薄 ， 局 部 出 现 团
性进 行测试 ， 结果表明 ， 相对 于纯丙烯酸树脂而言 ， 添 加 了少 量 Ｇ Ｏ 的 丙烯 酸 树 脂 ， 其热学性能更加稳定 ， 硬 度 也 有 较 大 的
提高， 附 着 力 以及 耐 酸 碱 性 能 都 有 较 大 的 改善 关键词 氧化石墨烯 ， 丙烯 酸 树 脂 ， 复 合 材 料
ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｈ ａ ｄ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ａ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｇ０．
ｃ ｈａ ｎｉ ｃ ａ ｌ ｐｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ， ａ ｄｈｅ ｓ ｉ ｏｎ ａ ｎ ｄ ａ ｃ ｉ ｄ ａ ｎｄ ａ ｌ ｋａ ｌ ｉ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ． Ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｕｄｙ ｐ ｒ ｏ ｖｅ ｄ ｔ ｈａ ｔ ， ｃ ｏ ｍ ｐａ ｒ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ ｐ ｕｒ ｅ ａ ｃ ｒ ｙ ｌ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ， ｔ ｈｅ
泛 地 研 究 ］ ， 是 聚 合 物 理 想 的 增 强 和 功 能 材 料 。 氧 化 石 墨 烯 （ Ｇ Ｏ） 作 为石墨烯 的前驱 体 ， 其表 面存 在 大量 含氧基 团， 不 仅 使 其 在 聚 合 物 基 体 中得 到 良好 的 分 散 ， 并 且 提 供 了大 量 反 应 活性点 ， 从 而 和 聚合物 形成 稳 定 的化学 键『 ３ ］ 。本 研 究 以 Ｇ Ｏ
３ ０ ｍｉ ｎ ， 然后将 ６ ｇ ＫＭｎ Ｏ 缓 慢 加 入 并 维 持 温 度 在 １ Ｏ ℃ 以下 ，
２ ｈ后 ， 将反应转移至 ３ ５ ℃水 浴 中 反应 １ ｈ ， 再加入 １ ０ ０ ｍＬ蒸 馏 水使温度升 至 ９ ８ ℃， 反应 １ ５ ｍｉ ｎ ， 将反应液倒 人一定蒸 馏水 中 并 滴 加 Ｈｚ ０ 。 直 至变为亮黄色 ， 然 后通过 离心 、 透 析 对 反 应 液
ｐ ｈ ｅ ｎ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｗａ ｓ ｏ ｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ｅ ｄ ｂ ｙ Ｓ Ｅ Ｍ ａ ｎ ｄ ＴＥＭ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ＧＯ ｗａ ｓ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ｅ ｄ ｗｅ ｌ ｌ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｒ ｙ ｌ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｍａ ｔ ｒ ｉ ｘ ． Ｉ ｎ ａ ｄ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｒ ｙ ｌ ｉ ｃ ｌ ａ ｔ ｅ ｘ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ｅ ｄ ｗａ ｓ ｃ ｏ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ， ｍｅ —
作 为增 强 相 ， 将 其 加 入 到 丙 烯 酸 酯 类 单 体 中 合 成 ＧＯ／ 丙 烯 酸
树 脂 复合 材 料 。通 过 加 入 不 同含 量 的 Ｇ Ｏ 来 研 究 丙 烯 酸 树 脂 的性 能 ， 特别是力 学和热学性能 。
其次 ， 将１ ． ５ ｇ Ａ缓慢加入到 ５ ０ ｍＬ浓 硫 酸 中 ， 冰水 浴 搅 拌 大 约
Ｐｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｐｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ ａ ｃ ｒ ｙ ｌ ｉ ｃ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｂ ｙ ｇ ｒ ａ ｐ ｈｅ ｎ ｅ ｏ ｘ ｉ ｄ ｅ
Ｌｉ ｕ Ｌｉ ｌ ｉ Ｄｏ ｎｇ Ｒｕ ｉ 。
摘 要 以氧 化 石 墨烯 （ Ｇ Ｏ） 作 为 增 强 相 加 入 到 丙烯 酸 树 脂 中制 备 ＧＯ ／ 丙烯 酸树 脂 复 合 材 料 。 用 Ｘ射 线 衍 射 、 红 外
光谱 、 拉 曼光 谱 对 ＧＯ 结 构 进 行 表 征 ， 用扫 描 电 镜 、 透 射 电镜 对 ＧＯ 以及 复合 材 料 形 貌进 行观 察 ， 发现 Ｇ Ｏ 在 丙烯 酸 树 脂 中 分散 状 况 良好 。 另 外 ， 将 所 制 备 的 丙烯 酸 复 合 乳 液涂 覆 在 马 口铁 片 上 成 膜 ， 对 复 合材 料 的 附 着 力 、 热 学、 力学、 以及 耐 酸 碱
１ ０ ｇ ＧＯ水 分 散 液 （ ２ ｍｇ ／ ｇ ） 加 入 到 四 口烧 瓶 中 ， 在 Ｎ ｚ 、 冷 凝 水
第 ８期
刘莉莉等 ： 氧 化 石 墨烯 改 性 丙 烯 酸 树 脂 涂 层 的制 备 及 性 能 研 究
・ １ ８ ５・
Ｇ Ｏ在丙烯酸树脂 当中的分散情 况 ， 采 用 ＴＥ Ｍ 来 观 察 样 品 的
聚现象 ， Ｔ Ｅ Ｍ 图明显地表明 Ｇ Ｏ 和 丙 烯 酸 树 脂 两 者 具 有 良好 地相容性 。
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ， Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ， Ｃｈ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ １ ３ １ ０ ０； ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｃｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｂ ｉ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ， Ｙａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｄ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｙａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ２ ２ ４ ０ ５ １ ）
进行后处理 ； 最 后 超 声 分 散 得 到 ＧＯ水 分 散 液 。
１ 实 验 部 分
１ ． １ 原料
天然 鳞片石墨 （ ３ ２ ５目 ， 纯度 ≥９ ９ ） ， 南 京 先 丰 纳 米 材 料 科 技 有 限公 司 ； 高锰 酸钾 （ ＫＭｎ Ｏ ， Ａ Ｒ） 、 五氧 化二 磷 （ Ｐ ０ ， ＡＲ ） 、 过硫酸钾 （ Ｋ Ｓ ２ Ｏ ， ＡＲ） 、 浓硫 酸（ Ｈ。 Ｓ Ｏ ， ９ ８ ， ＡＲ ） 、 双
ｃ ｏｍ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ １ ． Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｕｒ ｅ ｏｆ ＧＯ ｗａ ｓ ｃ ｈａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂｙ ＸＲＤ ， ＦＴ— Ｉ Ｒ ，Ｒａ ｍａ ｎ， ａｎ ｄ ｔ ｈｅ ｍｏ ｒ ｐ ｈｏ ｌ ｏ ｇｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｔ ｕｄ ｙ ｏｆ ｇｒ ａ—
第 ４ ４卷 第 ８ 期
２ ０ １ ６年 ８月
化
工
新
型
材
料
Ｖ０１ ．４ ４ Ｎｏ． ８
・ １ ８３ ・
Ｎ ＥＷ ＣＨ ＥＭ Ｉ Ｃ ＡＬ Ｍ Ａ ＴＥＲＩ ＡＬＳ
氧化 石 墨烯 改 性 丙 烯 酸 树 脂 涂 层 的制 备及 性 能研 究
刘 莉 莉 董 锐
（ １ ． 常 州 大学材料 科 学与工程 学院 ， 常州 ２ １ ３ １ ０ ０ ； ２ ． 盐城 工学 院化 学与 生物 工程 学院 ， 盐城 ２ ２ ４ ０ ５ １ ）
的光 学 、 热学 、 力学 、 磁 学 性 能 以及 良好 的 化 学 稳 定 性 得 到 广
氧水 （ Ｈ Ｏ ２ ， ３ ０ ， ＡＲ） 、 甲基 丙 烯 酸 甲 酯 （ ＭＭＡ， Ｃ Ｐ ） 、 丙 烯 酸 丁酯 （ Ｂ Ａ， Ｃ Ｐ ） 、 丙烯 酸 （ ＡＡ， Ｃ Ｐ ） 、 苯乙烯 （ Ｓ Ｍ， Ｃ Ｐ ） ， 国药集 团 化 学 试 剂 有 限公 司 ； 浓盐 酸 （ ＨＣ Ｉ ， ３ ５ ， Ａ Ｒ） ， 上 海 申翔 化 学 试 剂 有 限公 司 ； 甲 基 丙 烯 酸 羟 乙酯 （ ＨＥ ＭＡ， Ａ Ｒ） ， 阿 拉丁 ； 偶 氮二异丁腈 （ ＡＩ Ｂ Ｎ， ＡＲ） ， 天 津市 博迪 化工 有限公 司 ； 无水 乙 醇（ Ａ Ｒ） ， 江苏彤晟化学试剂有限公司 。
作者简介 ： 刘莉莉 （ １ ９ ９ ０ 一 ） ， 女， 硕士研究生 ， 从事功能高分子研究 。 联 系 人： 董锐 ， 副教授 ， 硕士研究生导师 。
１ ． ３ Ｇ Ｏ ／ 丙 烯酸 树脂 的合成
首先 ， 制备 Ｇ Ｏ质量分 数 为 ０ ． １ ％的 Ｇ ０／ 丙 烯酸 树脂 ， 将