离子液体改性GO与白炭黑并用补强天然橡胶性能的研究(2)
图1. 1氧化石墨烯结构图
氧化石墨烯制备通常先将粉末状石墨用强氧化剂氧化得到氧化石墨，然后在良溶剂中超声剥离，即可得到分散的氧化石墨烯。氧化石墨烯的制备方法也因粉末状石墨氧化的方法不同而大致分为以下几种，其中制备氧化石墨的方法可分为化学氧化法和电化学氧化法。化学氧化法主要包括Brodie法、Staudenmaiers法、Hummers法[3]、改进Hummer三法；电化学氧化法即是将石墨电极置于电解槽的阴阳极，然后对电解质进行电解，将制得的产物进行干燥就可制备得到氧化石墨，接下来将其直接热解膨胀或分散在溶剂中进行超声剥离得到氧化石墨烯。
氧化石墨烯具有优异的物化性质，如模量高、表面化学活性点多等，是一种性能良好的新型碳材料。由于氧化石墨烯片表面和边缘含有大量的亲水性官能团，所以它可以在水中或者稀碱液中均匀地分散，并形成稳定的胶状悬浮液[4]，这也表明其极性较大，在有机基质中的分散性不佳，故通过改性剂改性降低其极性，可以使其在有机基质中更好的分散，改性后的氧化石墨烯应用范围会更加广泛。
1.2 离子液体
离子液体(ionic liquid)，又称室温离子液体(room temperature ionic liquid)，是指在室温或者室温附近完全由离子组成的有机盐，一般由有机正离子（如咪唑）和无机负离子（如PF6－）组成[5-7]。因其具有良好的性质，如：有较低的蒸汽压，挥发很小，极性大，电化学窗口大，结构可设计性强，热稳定性良好，液态温度范围宽，导电性良好，毒性低,可回收利用等，离子液体已经引起了广大研究工作者的关注[8]。
离子液体一般可作为改性剂使用，并在氧化石墨烯的功能化方面得到了广泛的应用。氧化石墨烯表面存在大量可作为离子液体对其进行改性的活性点，以利于修饰，而离子液体通过与氧化石墨烯形成氢键、π-π或是阳离子-π电子的相互作用[9]，以实现对氧化石墨烯的改性，这种改性对氧化石墨烯优异性能的损害降低到很小，既保持了氧化石墨烯的良好性能，又由于离子液体中有机阳离子在氧化石墨烯上的接枝使其极性降低，从而可以使其在橡胶等基质中更好的分散，达到预期的满意效果。离子液体对氧化石墨烯的作用方式常见为两种，一种是利用共价键合方法改性氧化石墨烯，一种是利用非共价作用对氧化石墨烯进行表面修饰[14]。随着氧化石墨烯优良性质的充分发挥，此两种改性方式已成为当前该领域的研究热点[10-13]。
关于离子液体改性氧化石墨烯的研究已有不少。郑文建等[14]利用1-(2-氨基乙基) -3-甲基咪唑溴盐改性氧化石墨烯，然后通过原位聚合的方法制备出N, N- 二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺/O, O- 二烯丙基双酚A的共聚物/改性氧化石墨烯复合材料，结果显示改性剂明显改善了氧化石墨烯在复合材料中的分散，同时材料的介电常数也得到了提高，其中氧化石墨烯改性过程如图2；惠昱晨等[15]采用改良的Hummers法制备了氧化石墨烯，并利用十二烷基二甲基苄基氯化铵阳离子和氧化石墨烯表面未被氧化的sp2杂化碳原子所形成的离域π键及氧化石墨烯边缘的羧基的静电作用插入到氧化石墨片层之间，得到片层卷曲的处于剥离状态的非共价改性氧化石墨烯，其热稳定性提高且极性减弱，改善了其在有机基质中的分散性，使该改性氧化石墨烯的应用范畴得到了扩大。
图1. 2改性剂和氧化石墨烯的相互作用
1.3 氧化石墨烯在聚合物中的应用
氧化石墨烯是一种新型二文填料，具有很多优异的性能，作为填料可以有效改善聚合物的力学性能、导热性能和阻隔性能等，是一种理想的纳米填料。王晓燕等[16]通过溶液共混法制备了壳聚糖/氧化石墨烯复合材料，结果显示氧化石墨烯片能够很好地分散在基体中，有效改善了基体的综合性能，同时也使壳聚糖拉伸强度和模量得以很大提高。Carolina F.Matos等[17]通过直接混合天然胶乳和氧化石墨烯的方法制备了环境友好型的天然橡胶纳米复合材料，并根据填料的含量不同展示了新的化学、电学和机械性能，使其成为一种多功能材料，扩大了天然橡胶的使用范围。Stanier, D. C.等[18]通过乳液共混法制备了氧化石墨烯/天然橡胶纳米复合材料，结果表明相比于炭黑或者碳纳米管，更少的氧化石墨烯填料就可以对天然橡胶的机械性能有很大的提高。Jeffrey R. Potts等[19]利用热膨胀法制得氧化石墨烯，然后预混合热膨胀氧化石墨烯和天然胶乳并借助于超声辅助胶乳凝固，通过传统方法开炼机混炼制得性能极大提升的膨胀型氧化石墨烯/天然橡胶纳米复合材料。氧化石墨烯对基质机械性能的增强可归结于其边缘和表面的羧基与基质的氢键及其他相互作用，强烈的相互作用使基质承受的负荷能够及时传递到填料上，从而使基质能够承受更多的力[20]。
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