集中取向分布Fe3O4@GO-PVA符合薄膜阻氣性能研究.pdf

1、塑料不僅具有良好的力學(xué)性能和透光性能，還具備優(yōu)異的耐油、耐光、耐溶劑性以及對(duì)環(huán)境無(wú)污染，然而相較于金屬和陶瓷，塑料其阻隔性能較差限制了其在食品藥品包裝方面的應(yīng)用，因此大幅度提高其氣體阻隔性能從而擴(kuò)大其在食品藥瓶包裝領(lǐng)域的應(yīng)用己成為研究熱點(diǎn)。提高阻隔性能較普遍的方案就是在聚合物基體中添入片層狀納米填料，利用納米片層在基體中引起“曲折路徑”和“滲透面積減少”效應(yīng)達(dá)到提高阻隔性能的目的。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯(GO)具有良好的機(jī)械性能和較

2、大的比表面積，是一種新型片層狀碳填料，少量的添加就能提高復(fù)合材料的阻隔性能。但目前的研究多集中于均勻分散的GO/聚合物復(fù)合材料，這種結(jié)構(gòu)材料的對(duì)氣體阻隔性能的提高幅度依然有限。為此本文擬通過(guò)對(duì)GO表面包覆具有順磁性的Fe3O4粒子并施加垂直磁場(chǎng)使GO片層集中取向和分布于聚合物基體表面，以達(dá)到提高聚合物氣體阻隔性能的目的，具體內(nèi)容如下：
　　通過(guò)化學(xué)沉積法成功制備了Fe3O4@(GO1，在此基礎(chǔ)上，采用磁場(chǎng)輔助及溶液共混法制備了具有

3、集中取向分布的Fe3O4@GO/PVA復(fù)合薄膜。紅外光譜測(cè)試(FTIR)、透射顯微鏡(TEM)、廣角X射線衍射(XRD)和偏光顯微鏡(POM)研究表明Fe3O4均勻的包覆在GO表面形成具有磁性功能的Fe3O4@GO，F(xiàn)e3O4@GO可沿磁感線方向取向。掃描電子顯微鏡(SEM)顯示顯示外加垂直磁場(chǎng)可使Fe3O4@GO在PVA基體的一側(cè)形成集中取向的分布。透氧性測(cè)試結(jié)果顯示這種集中取向結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料能有效增加氣體擴(kuò)散路徑并減少可滲透面積從而

4、提高復(fù)合材料的氣體阻隔性能，當(dāng)填料含量為1.0wt％時(shí)，均勻分布的GO/PVA薄膜的透氧率由純PVA的21.17×10-15cm3cm/(cm2·s·Pa)下降到1.142×10-15cm3cm/(cm2·S·Pa)，下降率為94.6％；而集中取向分布Fe3O4@GO復(fù)合材料的氧氣透過(guò)率降低到了0.1757×10-15cm3cm/(cm2·S·Pa)，比純PVA薄膜的氧氣透過(guò)率下降了99.2％，比均勻結(jié)構(gòu)的GO/PVA復(fù)合薄膜下降了84

5、.6％，其相應(yīng)的阻隔性能比純PVA及均勻GO/PVA復(fù)合膜分別提高了125倍和6.5倍。
　　此外，還對(duì)Fe3O4@GO/PVA薄膜的力學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明GO的加入能夠提高PVA薄膜的拉伸強(qiáng)度，但是當(dāng)Fe3O4@GO的含量較高時(shí)，復(fù)合薄膜的最大拉伸強(qiáng)度有所下降。當(dāng)Fe3O4@GO含量為0.25wt％時(shí)，最大拉伸應(yīng)力達(dá)到128MPa，而較純PVA薄膜薄膜(最大拉伸應(yīng)力為51MPa)提高151％；當(dāng)Fe3O4@GO含量提高到1