石墨烯/聚乙烯醇复合阻隔薄膜的性能研究开题报告

全文总字数：2008字

1. 研究目的与意义

塑料包装材料的广泛使用而造成的严重的环境问题已备受关注，性能较强的塑料对环境的污染比较大。而聚乙烯醇可降解，无毒，且有优异的生物相容性，是一种很好的高分子聚合物基质。但由于聚合物本身的比强度、比模量有待提髙，且易受环境影响等的缺陷，PVA薄膜的阻隔性能并不够理想，在某些包装领域的应用上受到了限制。我们用石墨烯作为填料加入聚乙烯醇溶液中来制备复合薄膜，研究其内部结构和力学性能，有望提高复合薄膜的阻隔性能，从而研发出一种新型塑料阻隔薄膜，扩大其在包装上的应用。

2. 国内外研究现状分析

石墨烯是一种最近几年发展起来的具有优良的力学、电学和化学性能的材料。氧化石墨烯表面有大量的羟基、环氧基、羧基，这些官能团这使它容易与有机物发生反应，还原之后变成石墨烯。石墨烯的性质相似于原始石墨烯的性质，和氧化石墨烯（go）的差异在于没有了官能团，使得它很难与其他物质结合，相对来说稳定性好。石墨烯是目前发现的硬质最大的物质，导电性和力学性能都非常好。由于石墨烯是疏水物质，而基体pva是水溶性的，因此，必须对石墨烯的表面进行改性。制备pva／rgo复合材料根据实验步骤的不同，可分为先混合，再还原和先还原，再混合两种。所谓先混合，再还原是指先将go溶液与pva溶液混合，制备go／pva混合液，然后加入还原剂，将go还原为 rgo。先还原，再混合就是先使用还原剂将go水溶液转变为 rgo分散液，然后将其与pva溶液混合，从而制备pva／rgo纳米复合材料。如mitra等将rgo分散液于pva溶液混合搅拌４h，然后采用浇铸法制备了pva／rgo纳米复合材料。tem表明，约4、5层石墨烯呈边缘摺叠态分散于基体中。

国外已经制备出石墨烯/聚乙烯醇复合薄膜，先将氧化石墨烯与聚乙烯醇进行复合，然后再对其进行还原，制备获得石墨烯/聚乙烯醇复合薄膜。结果表明，石墨烯分散在分子层中且排列在聚乙烯醇的基质上，由于氢键结合它们之前存在强的界面相互作用，导致了聚乙烯醇石墨烯纳米复合材料的结构和性能的改变，如玻璃化转变温度的增加和结晶化的减少。但是进行还原时选择的还原剂是肼，虽然是一种强还原剂，但是具有高毒性。因此，安全环保的制备出石墨烯复合薄膜成为人们关注的热点，相信石墨烯聚乙烯醇复合薄膜将在包装上得到广泛应用。

关于石墨烯/聚乙烯醇复合薄膜阻隔性能的研究，任鹏刚^[42]等人发现在浇注法制备的go/pva纳米复合膜中，go主要以单片形式沿pva膜的方向定向且均匀分布，这使得pva薄膜的阻隔性能大幅度提高。当go含量达到1.0%(质量分数)时，pva的透co₂系数降低了160多倍；透湿率也下降了1倍左右。go片层的加入使气体透过路径由垂直于膜的方向变为平行于膜的方向，平行于膜方向上的气体透过面积的大幅度下降是阻隔性提高的主要原因。吕夏燕^[43]等人采用溶液浇涂法分别制备pva薄膜、镀层结构和均匀分散型pva/go复合薄膜。tem观测表明go在pva中均匀分散,透气性测试结果表明添加填料go后，pva的阻隔性能有明显改善，并且当go填量达到2wt％时，均匀混合型复合薄膜出现了超阻隔状态，气体几乎不通过。而周莹^[33]等人通过机械搅拌、超声剥离等方法制得单层go片层，二维层状结构go具有优异的气体阻隔性能，再利用层层组装法（layer-by-layer assembly，lbl），通过 go 和聚乙烯醇（pva）分子之间的氢键作用，在 pla 薄膜表面自组装制备了(go/pva)n多层结构，从而提高 pla薄膜的阻隔性能。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：（1）先制备不同比例的石墨烯/聚乙烯醇复合薄膜，以及制备纯pva膜进行后期性能对比；（2）测试纯pva膜的力学性能，sem分析，红外光谱，透氧性能，吸水性能。

（3）测试石墨烯/聚乙烯醇复合薄膜的力学性能，以及对断裂面做sem分析，红外光谱，阻隔性能测试以及用四探针测试薄膜的导电性分析原因。

研究计划： 1）2015.12.25---2016.01.10收集资料，查阅文献，为开题做准备。

4. 研究创新点

本实验的创新点在于向聚乙烯醇(PVA)中添加石墨烯(RGO)制成复合薄膜，以提高PVA的阻隔性能，扩大其在包装领域的应用。制备石墨烯/聚乙烯醇复合薄膜时，先将氧化石墨烯和聚乙烯醇溶液混合在一起，随即加入还原剂，PVA既与氧化石墨烯反应同时也与还原氧化石墨烯反应。并且，所选择的还原剂是较强还原能力和环境友好的抗坏血酸，此方法安全环保。