本发明专利技术涉及制备氧化石墨烯纳米复合膜的技术，该膜为在各种支撑体上涂覆了10nm或更多厚度的3μm至50μm尺寸的氧化石墨烯或具有氧化石墨烯被插入到聚合物中的结构。即使当尺寸控制为3μm至50μm的氧化石墨烯作为纳米厚度的薄膜涂覆在各种支撑体上时，或当氧化石墨烯纳米复合膜具有氧化石墨烯插入到聚合物中的简单结构时，根据本发明专利技术制备的氧化石墨烯纳米复合膜仍具有对各种气体的优异阻隔特性，从而可以将氧化石墨烯纳米复合膜应用于显示设备、食品和医疗产品的包装。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有改善的气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜及其制备方法。更具体地，本专利技术涉及制备含有在各种支撑体上涂覆10nm或更多厚度的3μm至50μm尺寸的氧化石墨烯的纳米复合膜，或具有氧化石墨烯被插入到聚合物中的结构的氧化石墨烯纳米复合膜的方法，其中纳米复合膜显示出对各种气体的优异阻隔特性，从而可以应用于显示设备、食品和医疗产品的包装。
技术介绍
石墨烯是由单碳原子层以六边形蜂巢的形式组成的物质，由于结构的特性即所谓的“二维薄层结构”，其相当有趣且显示了优异的物理性质和化学性质，所以从2004年首次发现以来在工业界和学术界中已经受到了最多的关注。也就是说，虽然石墨烯是世界上最薄的物质，但其具有相比钢200倍或者更强的机械性能，相比铜100倍或更高的电流渗透率，相比硅100倍或更快的电子迁移率。尤其是，尽管是单原子层，由于其优秀的机械强度，石墨烯显示出对气体和离子分子的优异阻隔特性是已知的。然而，石墨烯对气体和离子分子优异的阻隔特性只可以通过无缺陷的石墨烯结构来实现。当在石墨烯中产生缺陷时，气体和离子分子很容易渗入有缺陷的石墨烯部分，从而失去其固有的阻隔特性。由于该原因，当石墨烯形成为薄膜时，不利地是，其不能维持对气体和离子分子的阻隔特性。已经开发出涉及石墨烯对气体和离子分子的阻隔特性的各种技术。最近，试图制备包含至少一个石墨烯层压板的石墨烯层压板阻隔膜，所述层压板含有亲水性石墨烯层和疏水性石墨烯层，其中石墨烯层具有0.01μm至1000μm的受控厚度，使用所述阻隔膜的阻隔特性将其应用于食品包装。然而，石墨烯层压板膜的结构是稍复杂的，且其仅显示了表明氧气和水蒸气渗透率的数据，而其对各种气体的阻隔特性至今是未知的(专利文献1)。此外，在各个石墨烯层之间包含多个石墨烯层和多个聚合物层的石墨烯/聚合物复合防护膜是已知的，但仅公开了石墨烯复合膜具有复杂结构且适用于作为气体和水的阻隔，与石墨烯复合膜的气体阻隔特性相关的详细结果是未公开的，该石墨烯复合膜对工业的实际应用是有限的(专利文献2)。此外，含有聚合物基体和官能化的石墨烯的气体扩散阻隔也是已知的，所述石墨烯具有300m2/g至2600m2/g的表面积和40kg/m3至0.1kg/m3的体积密度。气体扩散阻隔的特征在于官能化的石墨烯的表面积和体积密度是受控的。气体扩散阻隔是厚膜，其中官能化的石墨烯分散在聚合物基体中。在气体扩散阻隔是薄膜的情况下，气体扩散阻隔是否具有气体阻隔特性是不能被预期的，通过与气体阻隔特性相关的定性数据证明的功能和效果是未详细描述的(专利文献3)。此外，对石墨烯/聚氨酯纳米复合材料的研究及其气体阻隔特性也是已知的，其中石墨氧化物作为纳米填料通过熔融共混、溶液混合或同步的聚合反应并入热塑性的聚氨酯。发现对氮气的阻隔特性依赖于在热塑性聚氨酯中以填料存在的石墨烯的量，但对各种气体的阻隔特性依赖于对氧化石墨烯的尺寸和氧化石墨烯膜的厚度控制是未知的(非专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：韩国专利公布第10-2014-0015926号专利文献2：韩国专利公布第10-2013-0001705号专利文献3：美国专利公布第US 2010/0096595号非专利文献非专利文献1.Hyunwoo Kim等人,Chem.Mater.22,3441-3450(2010)公开内容技术问题因此，本专利技术的目的是提供氧化石墨烯纳米复合膜及其制备方法，尽管所述氧化石墨烯纳米复合膜包含在支撑体上以纳米级薄膜形式涂覆的具有受控尺寸的氧化石墨烯，或具有氧化石墨烯被插入到聚合物中的简单结构，但其仍显示了对各种气体优异的气体阻隔特性。技术方案根据本专利技术的方面，上述和其他目的可以通过提供具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜来实现，所述氧化石墨烯纳米复合膜包含支撑体和涂层，所述涂层包含在支撑体上涂覆10nm或更多厚度的3μm至50μm尺寸的氧化石墨烯，并具有纳米孔。支撑体可以包括选自聚合物、陶瓷、玻璃、纸和金属层的任意一种。聚合物可以包括选自聚酯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、乙酸纤维素、三乙酸纤维素和聚偏氟乙烯的任意一种。陶瓷可以包括选自氧化铝、氧化镁、氧化锆、碳化硅、碳化钨和氮化硅中的任意一种。金属层可以是金属箔、金属片或金属膜。金属层可以包括选自铜、镍、铁、铝和钛的任意一种材料。氧化石墨烯可以是官能化的氧化石墨烯，其中将存在于氧化石墨烯中的羟基、羧基、羰基或环氧基转化为酯基、醚基、酰胺基或氨基。纳米孔可以具有0.5nm至1.0nm的平均直径。涂层可以包括含有单层或多层的氧化石墨烯。含有单层的氧化石墨烯可以具有0.6nm至1nm的厚度。在本专利技术的另一个方面，提供了具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，所述氧化石墨烯纳米复合膜具有氧化石墨烯被插入到聚乙二醇二丙烯酸酯聚合物或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯聚合物的结构。氧化石墨烯可以具有100nm至1000nm的尺寸。氧化石墨烯可以在纳米复合膜中以5重量％的量存在。在本专利技术的另一个方面，提供了包含具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜的显示设备。在本专利技术的另一个方面，提供了包含具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜的食品包装材料。在本专利技术的另一个方面，提供了包含具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜的医疗产品包装材料。在本专利技术的另一个方面，提供了制备具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜的方法，其包括i)将氧化石墨烯分散在蒸馏水中，并用超声波研磨机处理分散体0.1小时至6小时以得到氧化石墨烯分散体，ii)使分散体离心，以形成具有3μm至50μm的受控尺寸的氧化石墨烯，iii)将步骤ii)中形成的氧化石墨烯再次分散在蒸馏水中，以得到氧化石墨烯分散体，iv)用步骤iii)中得到的分散体涂覆支撑体以形成具有纳米孔的涂层。氧化石墨烯可以是官能化的氧化石墨烯，其中存在于氧化石墨烯中的羟基、羧基、羰基或环氧基被转化为酯基、醚基、酰胺基或氨基。支撑体可以包括选自聚合物、陶瓷、玻璃、纸和金属层的任意一种。聚合物可以包括选自聚酯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、乙酸纤维素、三乙酸纤维素和聚偏氟乙烯的任意一种。陶瓷可以包括选自氧化铝、氧化镁、氧化锆、碳化硅、碳化钨和氮化硅中的任意一种。金属层可以是金属箔、金属片或金属膜。金属层可以包括选自铜、镍、铁、铝和钛的任意一种材料。涂覆可以通过选自直接蒸发、转移、旋涂和喷涂的任意一种方法来实施。旋涂可以实施3至10次。纳米孔可以具有0.5nm至1.0nm的平均直径。涂层可以包含含有单层或多层的氧化石墨烯。含有单层的氧化石墨烯可以具有0.6nm至1nm的厚度。专利技术效果即使当尺寸控制为3μm至50μm的氧化石墨烯作为纳米厚度的薄膜涂覆在各种支撑体上时，或当氧化石墨烯纳米复合膜具有氧化石墨烯被插入到聚合物中的简单结构时，根据本专利技术制备的氧化石墨烯纳米复合膜仍对各种气体具有优异的阻隔特性，从而可以将氧化石墨烯纳米复合膜应用于显示设备、食品和医疗产品的包装。附图说明从以下的详细描述连同附图会更清楚地理解本专利技术的上述和其他目的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其包含：支撑体；涂层，其包含涂覆在支撑体上的10nm或更多厚度的3μm至50μm尺寸的氧化石墨烯，且具有纳米孔。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.07 KR 10-2014-0027163;2015.03.05 KR 10-2011.一种具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其包含：支撑体；涂层，其包含涂覆在支撑体上的10nm或更多厚度的3μm至50μm尺寸的氧化石墨烯，且具有纳米孔。2.根据权利要求1所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中所述支撑体包括选自聚合物、陶瓷、玻璃、纸和金属层的任意一种。3.根据权利要求2所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中所述聚合物包括选自聚酯、聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚酰胺、聚丙烯腈、乙酸纤维素、三乙酸纤维素和聚偏氟乙烯的任意一种。4.根据权利要求2所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中所述陶瓷包括选自氧化铝、氧化镁、氧化锆、碳化硅、碳化钨和氮化硅的任意一种。5.根据权利要求2所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中所述金属层是金属箔、金属片或金属膜。6.根据权利要求5所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中所述金属层包括选自铜、镍、铁、铝和钛的任意一种材料。7.根据权利要求1所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中所述氧化石墨烯是官能化的氧化石墨烯，其中存在于氧化石墨烯中的羟基、羧基、羰基或环氧基被转化为酯基、醚基、酰胺基或氨基。8.根据权利要求1所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中所述纳米孔具有0.5nm至1.0nm的平均直径。9.根据权利要求1所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中所述涂层包含含有单层或多层的氧化石墨烯。10.根据权利要求9所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中含有单层的氧化石墨烯具有0.6nm至1nm的厚度。11.一种具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其具有氧化石墨烯被插入到聚乙二醇二丙烯酸酯聚合物或聚乙二醇二甲基丙烯酸酯聚合物中的结构。12.根据权利要求11所述的具有气体阻隔特性的氧化石墨烯纳米复合膜，其中所述氧化石墨烯具有100nm至1000nm的尺寸。13.根据权利要求11所述的具有气体阻隔特性的...
【专利技术属性】
技术研发人员：朴浩范，金孝院，俞炳慜，张承振，
申请(专利权)人：汉阳大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国;KR
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