聚合物/石墨烯阻气型复合材料的研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.023

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (12): 145-153.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.023

聚合物/石墨烯阻气型复合材料的研究进展

杨小龙, 李永青, 闫晓堃, 陈文静, 马秀清()

北京化工大学机电工程学院，北京 100029

收稿日期:2021-06-15 出版日期:2021-12-26 发布日期:2021-12-22

Research progress in gas barrier polymer/graphene composites

YANG Xiaolong, LI Yongqing, YAN Xiaokun, CHEN Wenjing, MA Xiuqing()

College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2021-06-15 Online:2021-12-26 Published:2021-12-22
Contact: MA Xiuqing E-mail:maxq@mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

介绍了气体小分子渗透理论和气体阻隔模型，综述了聚合物/石墨烯阻气型复合材料的制备方法和气体阻隔性能的表征手段，分析并总结了影响聚合物/石墨烯复合材料气体阻隔性能的主要因素及相应的改进措施，最后对未来研究的方向进行了展望。

关键词: 气体小分子渗透理论, 气体阻隔模型, 石墨烯, 复合材料, 制备方法, 表征手段

Abstract:

The permeation theory of small gas molecules and gas barrier model were introduced. The preparation methods of gas barrier graphene/polymer composites and the characterization methods of gas barrier properties were reviewed. The main factors affecting the gas barrier properties of the graphene/polymer composites and the corresponding improvement measures were analyzed and summarized. The future research directions were also prospected.

Key words: permeation theory of small gas molecules, gas barrier model, graphene, composite, preparation method, characterization means

中图分类号:

TQ312

杨小龙, 李永青, 闫晓堃, 陈文静, 马秀清. 聚合物/石墨烯阻气型复合材料的研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 145-153.

YANG Xiaolong, LI Yongqing, YAN Xiaokun, CHEN Wenjing, MA Xiuqing. Research progress in gas barrier polymer/graphene composites[J]. China Plastics, 2021, 35(12): 145-153.

图/表 8

理论模型	适用条件	计算公式
Nielsen^［10］	平行且规则分布的纳米片层	$P P 0 = 1 - φ 1 + α φ 2$
Bharadwaj^［11］	片层与扩散方向呈角度排列	$P P 0 = 1 - φ 1 + α φ 3 S ″ + 12$
Nazarenko^［12］	片层团聚的影响	$P P 0 = 1 - φ 1 + α φ 3 n S ″ + 12$
Cussler^［13］	平行且规则分布的纳米片层	$P P 0 = 1 + α 2 φ 2 1 - φ - 1$
Lape?Cussler^［14］	平衡片层呈随机空间排布	$P P 0 = 1 - φ 1 + α φ 3 2$
Brydges^［15］	平衡片层呈随机空间排布	$P P 0 = 1 + α 2 φ 2 1 - φ γ (1 - γ) - 1$

理论模型	适用条件	计算公式
Nielsen^［10］	平行且规则分布的纳米片层	$P P 0 = 1 - φ 1 + α φ 2$
Bharadwaj^［11］	片层与扩散方向呈角度排列	$P P 0 = 1 - φ 1 + α φ 3 S ″ + 12$
Nazarenko^［12］	片层团聚的影响	$P P 0 = 1 - φ 1 + α φ 3 n S ″ + 12$
Cussler^［13］	平行且规则分布的纳米片层	$P P 0 = 1 + α 2 φ 2 1 - φ - 1$
Lape?Cussler^［14］	平衡片层呈随机空间排布	$P P 0 = 1 - φ 1 + α φ 3 2$
Brydges^［15］	平衡片层呈随机空间排布	$P P 0 = 1 + α 2 φ 2 1 - φ γ (1 - γ) - 1$

表1 各类理论模型的适用条件及计算公式

Tab. 1 Applicable conditions and calculation formulas of various theoretical models

表1 各类理论模型的适用条件及计算公式

Tab. 1 Applicable conditions and calculation formulas of various theoretical models

图1 不同分散结构高分子复合材料的阻隔模型［16］

Fig.1 Barrier model of polymer composites with different dispersed structures［16］

图2 纯PET及其复合涂层PET的氢气渗透系数［23］

Fig.2 Hydrogen permeability coefficient of pure PET and its composite?coated PET films［23］

样品名称	温度/ ℃	氧气渗透系数/ cm³·mm·m^-2·atm^-1·d^-1	透氧性下降百分比/%
纯PLA	25	23	—
	35	33	—
	45	51	—
PLA/GR?0.1	25	18	22
	35	22	33
	45	31	40
PLA/GR?0.3	25	20	13
	35	23	30
	45	35	32
PLA/GR?0.5	25	22	4
	35	30	9
	45	40	14

表2 温度、GR含量对PLA/GR复合薄膜透氧性的影响

Tab. 2 Effects of temperature and GR content on oxygen permeability of PLA/GR composite films

图3 PVA/GO复合材料的气体渗透系数［25］

Fig.3 Gas permeability coefficient of PVA/GO composites［25］

图4 PLA/GO复合薄膜的气体渗透系数［26］

Fig.4 Gas permeability coefficient of PLA/GO composite film［26］

图5 PET及其复合材料的O2渗透系数［27］

Fig.5 Oxygen permeability coefficient of PET and its composites［27］

图6 （Fe3O4@GO）/PVA复合薄膜的O2渗透系数

Fig.6 Oxygen permeability coefficient of （Fe3O4@GO）/PVA composite films

参考文献 36

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聚合物/石墨烯阻气型复合材料的研究进展

Research progress in gas barrier polymer/graphene composites

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