This study reports a new method of purifying graphene oxide (GO) through the addition of cationic surfactants. In this process, the cationic surfactant, (benzyl dimethyl hexadecyl ammonium chloride), was added to GO/H₂SO₄ mixture. Then the GO* (GO coupled with the cationic surfactant) becomes lipophilic. When CH₂Cl₂, a lipophilic solvent, was added to the mixture, the GO* migrated to CH₂Cl₂ phase, and resulted in a two-phase system consisting of H₂SO₄ + water + KMnO₄ -phase, and GO* + CH₂Cl₂ -phase. The GO* was separated from GO* + CH₂Cl₂ mixture by drying and then subsequently converted to reduced-GO by thermal reduction. After purification, GO* and polystyrene (PS) nanocomposites were fabricated by polymerization, solvent mixing and melt mixing. It was found that nanocomposites with surfactant treated GO* exhibited better dispersion in PS than conventional-GO and reduced-GO and demonstrated improved barrier properties in non-polar solvents.

화학적 박리법에 의하여 흑연으로부터 rGO(reduced graphene oxide)를 제조하는 공정은 산화 흑연(GO, graphene oxide)/황산 혼합용액에서 GO를 분리해내는 과정이 핵심이다. 이 연구에서는 GO/황산 혼합물에 양이온 계면 활성제를 투여하여 산을 쉽게 제거하는 방법을 제안하였다. GO/산 혼합물에 양이온 계면 활성제를 투여하면 양이온 계면활성제와 결합한 GO*는 기름 상과 친화력이 높아졌다. 여기에 친유성 용매인 CH₂Cl₂를 투여하면 GO*는 CH₂Cl₂ 상으로 이동하여, 황산 + 물 + KMnO₄ 상과 GO* + CH₂Cl₂ 두 상으로 층 분리되었다. 건조를 통해서 GO* + CH₂Cl₂ 상에서 분리한 GO*를 열 환원법으로 rGO로 전환하였다. 또한 GO*와 폴리스티렌(PS) 나노 복합재료를 제조하였다. 중합법, 용액 혼련법 및 용융 혼련법의 세가지 방법을 사용하여 제조한 복합재료에서 GO*의 분산 특성 및 용매 차단 특성에 대하여 평가하였다. 계면활성제로 개질된 GO*가 GO나 rGO보다 PS과의 나노복합재료 제조 시에 분산성이 월등함을 알 수 있었다. 또한 비극성 용매에 대해 차단특성실험을 한 결과 PS/GO* 나노복합재료의 경우가 차단 특성이 개선되는 것을 알 수 있었다.

Keywords: graphene, functionalized graphene oxide, polystyrene, nanocomposite