应用技术大公开系列Q之十二：(薄膜).石墨烯阻隔膜制备工艺 (*5-3)

2019-02-10

目前高分子的阻隔技术中纳米片层填料填充聚合物体系，利用聚合物与填料良好的界面作用，以及纳米片层填料在聚合物基体中引起气体渗透的“多路径效应”或“纳米阻隔墙”，有效地改善聚合物基体的阻隔性能。但高分子材料中存在很多孔洞，分子会从孔洞中穿过。传统采用铝箔来增强对氧、水蒸气的阻隔性，但对于气体分子量较小的 H2、He 的阻隔性较差。

石墨烯具有紧密的面内结构及巨大长径比，在理想的纯度下，任何气体都无法渗透石墨烯层，加上石墨烯为疏水性，使其成为理想的纳米填充阻隔材料。然而在现实中的石墨烯都是有缺陷的，采用多层堆叠结构可以最大可能地减少缺陷和孔洞。相关研究显示，石墨烯阻隔层在 10nm 时是较合适的条件。

工艺

CN102115566A 高阻隔性的氧化石墨烯和聚合物纳米复合膜制备方法一文提到，將氧化石墨烯加入溶劑中，在 20-45℃ 條件下，其步骤如下：

1). 氧化石墨烯胶体悬浮液的制备；

2). 氧化石墨烯和聚乙烯醇复合薄膜的制备：在氧化石墨烯胶体悬浮液中加入聚乙烯纯，在 20℃ 条件下进行 400W 超声处理 3hr ，使聚乙烯醇完全溶解，得到氧化石墨烯和聚乙烯醇的溶液。去除氧化石墨烯和聚乙烯醇溶液中的气泡后，采用流延方式得到氧化石墨烯和聚乙烯醇复合薄膜；

纯的聚乙烯醇薄膜的氧气透过率（OTR）为 1.586cc/m2@24hr，水蒸气透过率（WVTR）为 700g/m2@24hr。通过上述工艺制备的氧化石墨烯和聚乙烯醇复合薄膜，氧气透过率 0.014cc/m2@24hr，水蒸气透过率为 7.81g/m2@24hr ，都下降了二个数量级。

Ref.: https://zhuanlan.zhihu.com/p/56383384