三青促会专栏 石墨烯麇合物复合材料气体阻隔性能概述 ■煤炭清洁转化研究部崔彦斌 聚合物具有轻质、易加工、低成本等优 a) Gas molecules (b) Gas molecule 点,在食品包装领域已逐步取代传统的食品 包装材料(如铝箔等)。目前,在食品包装领 域大量使用的聚合物有聚乙烯E)、聚丙烯 中P)、聚苯乙烯S)、聚氯乙烯ρVC)和聚对 苯二甲酸乙二醇酯ρET)等。由于气体分子 1.石墨烯/聚合物复合材料制备 (如氧气、二氧化碳以及有机分子等)易于 石墨烯在聚合物中的分散程度是影响聚 穿透聚合物,由此所导致聚合物的低气体阻合物复合材料性能的重要因素。如石墨烯在 隔性能限制了其在食品包装领域的应用。聚聚合物中形成均一的单分散体系,可显著提 合物的气体阻隔性能可通过添加具有高气体高石墨烯/聚合物复合材料的气体阻隔性能。 阻隔性能的片状填料进行提髙,如具有髙长目前,石墨烯/聚合物复合材料的制备方法主 径比的粘土、石墨烯等来改变并延长气体分要有:溶液共混、溶融共混和原位聚合法。 子透过聚合物的路径。添加片状填料后所形众所周知,石墨烯与聚合物的相容性较差, 成的聚合物复合材料,其气体阻隔性能由填聚合物分子链并不能紧密包裹在片状石墨烯 料本身的特性(气体阻隔性能、长径比)、聚表面。因此,在片状石墨烯周围会形成小的 合物的气体阻隔性能、填料在聚合物中的分间隙。同时,由于石墨烯和聚合物的相容性 散程度等因素决定。粘土具有较高的长径比,较差,石墨烯在聚合物中易于形成团聚。气 且粘土与聚合物具有较好的相容性,因此粘体分子可通过石墨烯与聚合物之间的间隙而 土广泛应用于聚合物中以提高其气体阻隔性透过复合材料,导致石墨烯/聚合物复合材料 能。与粘土相比,石墨烯不仅具有优良的气的气体阻隔性能并没有明显提高。通过对石 体阻隔性能,同时具有优异的力学、热学和墨烯进行改性可提高石墨烯在聚合物中的分 电学性能。通过聚合物中添加石墨烯不仅可散度,石墨烯表面的有机官能团可提高石墨 以提高其气体阻隔性能,同时可以提高聚合烯与聚合物的相容性。同时,石墨烯改性后 物的力学、电学和热学性能。近年来,科学可降低石墨烯/聚合物复合材料的粘度,降低 家进行了大量的实验研究来探索石墨烯在提粘度有利于采用溶液共混法制备复合材料。 高聚合物力学、热学和气体阻隔性能等领域 11溶液共混法 的应用 溶液共混法制备过程较为简单,且石墨 烯通常分散在水溶液或有机溶剂中,因此溶 10|2017年8月总第318期青促会专栏 10 2017 年 8 月 总第 318 期 青促会专栏 石墨烯/聚合物复合材料气体阻隔性能概述 ■煤炭清洁转化研究部 崔彦斌 聚合物具有轻质、易加工、低成本等优 点，在食品包装领域已逐步取代传统的食品 包装材料（如铝箔等）。目前，在食品包装领 域大量使用的聚合物有聚乙烯(PE)、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)和聚对 苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。由于气体分子 （如氧气、二氧化碳以及有机分子等）易于 穿透聚合物，由此所导致聚合物的低气体阻 隔性能限制了其在食品包装领域的应用。聚 合物的气体阻隔性能可通过添加具有高气体 阻隔性能的片状填料进行提高，如具有高长 径比的粘土、石墨烯等来改变并延长气体分 子透过聚合物的路径。添加片状填料后所形 成的聚合物复合材料，其气体阻隔性能由填 料本身的特性（气体阻隔性能、长径比）、聚 合物的气体阻隔性能、填料在聚合物中的分 散程度等因素决定。粘土具有较高的长径比， 且粘土与聚合物具有较好的相容性，因此粘 土广泛应用于聚合物中以提高其气体阻隔性 能。与粘土相比，石墨烯不仅具有优良的气 体阻隔性能，同时具有优异的力学、热学和 电学性能。通过聚合物中添加石墨烯不仅可 以提高其气体阻隔性能，同时可以提高聚合 物的力学、电学和热学性能。近年来，科学 家进行了大量的实验研究来探索石墨烯在提 高聚合物力学、热学和气体阻隔性能等领域 的应用。 1.石墨烯/聚合物复合材料制备 石墨烯在聚合物中的分散程度是影响聚 合物复合材料性能的重要因素。如石墨烯在 聚合物中形成均一的单分散体系，可显著提 高石墨烯/聚合物复合材料的气体阻隔性能。 目前，石墨烯/聚合物复合材料的制备方法主 要有：溶液共混、溶融共混和原位聚合法。 众所周知，石墨烯与聚合物的相容性较差， 聚合物分子链并不能紧密包裹在片状石墨烯 表面。因此，在片状石墨烯周围会形成小的 间隙。同时，由于石墨烯和聚合物的相容性 较差，石墨烯在聚合物中易于形成团聚。气 体分子可通过石墨烯与聚合物之间的间隙而 透过复合材料，导致石墨烯/聚合物复合材料 的气体阻隔性能并没有明显提高。通过对石 墨烯进行改性可提高石墨烯在聚合物中的分 散度，石墨烯表面的有机官能团可提高石墨 烯与聚合物的相容性。同时，石墨烯改性后 可降低石墨烯/聚合物复合材料的粘度，降低 粘度有利于采用溶液共混法制备复合材料。 1.1 溶液共混法 溶液共混法制备过程较为简单，且石墨 烯通常分散在水溶液或有机溶剂中，因此溶