潤濕性可控的氧化石墨烯殼聚糖復合膜的制備【摘要】利用鹽酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)氧化石墨烯和殼聚糖混合溶液的pH，并通過簡單的一步真空抽濾法制備出具有不同潤濕性的氧化石墨烯/殼聚糖復合膜。經(jīng)過測試，證實不同pH的混合液制備的復合膜在空氣中水的接觸角、水下油的接觸角以及粘附力均呈現(xiàn)類拋物線狀變化?！娟P(guān)鍵詞】氧化石墨烯；殼聚糖；pH調(diào)節(jié)；潤濕性可控0前言氧化石墨烯是石墨烯最重要的衍生物之一，兩者均有二維碳網(wǎng)結(jié)構(gòu)[1]，不同的是氧化石墨烯表面及邊緣處連接有大量的含氧活性基團，如羥基、環(huán)氧基及羧基等。因此，氧化石墨烯具有較強的親水性，而且可以通過氫鍵、離子鍵、共價鍵等與其它分子、離子以及聚合物相互作用[2]。殼聚糖在稀酸溶液中溶解的本質(zhì)是氨基質(zhì)子化形成聚合物陽離子，它在水溶液中的表觀酸度解離常數(shù)（pKa）為6.2～6.5，其溶解具有pH響應性：當pHpKa時，氨基去質(zhì)子化，殼聚糖難以溶解[3]。將氧化石墨烯和殼聚糖混合，在合適的pH和組分比例下，可以達到分子水平的均勻分散，而且其分散程度受殼聚糖溶解性的影響也具有pH響應性[4]：pH為酸性時，殼聚糖質(zhì)子化并吸附于氧化石墨烯表面使其層間分子受到氨基離子的排斥力而達到良好分散；pH為中性時，殼聚糖與氧化石墨烯作用力較弱，殼聚糖不能完全吸附反而起到交聯(lián)氧化石墨烯的作用，使其不易分散；pH較高時，氨基去質(zhì)子化，殼聚糖分子間氫鍵成為主導作用力，會使氧化石墨烯聚集嚴重，分散程度減弱[5]。不同pH的混合溶液通過真空抽濾合成的氧化石墨烯/殼聚糖復合膜，由于表面組分及表觀電荷不同潤濕性也有差別。因此，可以通過控制混合溶液的pH合成潤濕性（水的接觸角、水下油的接觸角和粘附力）不同的膜，實現(xiàn)潤濕性可控。1實驗過程采用改進的Staudenmaiers方法與超聲波聯(lián)合作用制備氧化石墨烯[6]，配制成1mg/mL的氧化石墨烯懸浮液；將殼聚糖溶解在0.05M的稀鹽酸中，配制成2mg/mL的溶液；將一定量的氧化石墨烯懸浮液與殼聚糖溶液混合攪拌，用1mol/L的氫氧化鈉和鹽酸調(diào)節(jié)混合液的pH，制備一系列不同pH的混合液并測試其Zeta電位；利用真空抽濾裝置進行抽濾得到一系列復合膜，在室溫下晾干。將不同pH混合液真空抽濾制備的復合膜用單片手術(shù)刀切開制備成條狀樣品，測試樣品在空氣中水（液滴大小為2μL）和水下油（1，2-二氯乙烷，液滴大小為2μL）的接觸呈類拋物線狀：pH為6～8的較為中性的混合液抽濾制備的復合膜在水下（下轉(zhuǎn)第27頁）（上接第7頁）油的接觸角最低（約為103.6±1.4°）；pH較低的酸性環(huán)境下抽濾制備的膜，pH越低，水下油的接觸角越高（pH為1.10時，最高為157.8±2.5°）；pH較高的堿性環(huán)境下抽濾制備的膜，pH越高，水下油的接觸角越高（pH為12.97時，最低為166.1±1.9°）。親水的材料表面在水下會覆蓋一層水膜，與非極性的油接觸時顯示疏油性質(zhì)，材料在空氣中越親水，在水下就越疏油。因此，pH為6～8的較為中性的混合液抽濾制備的復合膜在空氣中水的接觸角