一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料及其制备方法，复合材料以可降解的聚甲基乙撑碳酸酯为复合材料基体，以水溶性高分子材料为分散介质，以氧化石墨烯为填充材料；各组分的重量含量为：聚甲基乙撑碳酸酯100份，水溶性高分子材料5‑20份，氧化石墨烯0.1‑3份。其制备方法是先将氧化石墨烯分散在水溶性高分子材料中，然后与聚甲基乙撑碳酸酯共同投入挤出机或密炼机中进行熔融共混，得到聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料；熔融共混的温度为130‑200℃，熔融共混的时间为5‑15min。本发明专利技术所制备的复合材料具有良好的热学和力学性能，并且其制备方法简单易行，安全环保。

Poly (ethylene carbonate) / graphene oxide nanocomposite material and preparation method thereof

The invention discloses a poly methyl ethylene carbonate / graphene oxide nano composite material and preparation method thereof, composite material using biodegradable poly methyl ethylene carbonate matrix composite material, water soluble polymer materials as the dispersion medium, using graphene oxide as filler materials; the content of each component weight poly methyl ethylene carbonate 100, water soluble polymer material 5 20 copies, 3 copies of the 0.1 graphene oxide. The preparation method is that firstly the graphene oxide dispersed in water soluble polymer materials, and then poly methyl ethylene carbonate into extruder or melt blending mixer, obtained poly methyl ethylene carbonate / graphene oxide nanocomposite; melt blending temperature is 130 200 c, melt blending time is 5 15min. The composite material prepared by the invention has good thermal and mechanical properties, and the preparation method is simple, safe and environmental friendly.

【技术实现步骤摘要】
一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子纳米复合材料领域，特别涉及一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)是由二氧化碳(CO2)和环氧丙烷(PO)聚合而成，由于具有可直接消耗二氧化碳和可全生物降解的特性，受到越来越多的关注。PPC具有较好的韧性、阻氧、阻水性能以及生物相容性，在生物医用材料以及包装材料领域具有很好的应用前景。但PPC中醚键的存在使得链段容易绕醚键发生内旋转，增大了链的柔性，使其具有较低的玻璃化转变温度，拉伸强度较低，热力学性能较差，限制了它的应用。为了扩大PPC的应用范围，对其进行改性是一种较为有效的方法。目前，对PPC进行改性时采用的无机填料主要有纳米微晶纤维素(NCC)、蒙脱土(MMT)、碳酸钙(CaCO3)、碳纳米管(CNT)等，能使PPC的力学和热学性能有一定幅度的提高。近年来石墨烯材料因其具备优异的力学热学性能，也被引入至PPC中，制备功能化的PPC改性材料。有文献报道，与纯PPC相比，溶液法制备得到的PPC/氧化石墨烯(GO)复合材料热学和力学性能均有较大幅度的提升，说明氧化石墨烯对PPC具有很好的改性作用。若能采用更容易实现产业化的熔融共混法制备分散效果好的PPC基氧化石墨烯纳米复合材料，将会在更大程度上推动PPC材料的实际应用。然而，氧化石墨烯相较于其他种类的纳米填料(如纳米碳酸钙、蒙脱土等)具有更大的比表面积和表面能，易发生团聚，从而使其更难以通过熔融共混法制备得到分散良好的高分子/石墨烯纳米复合材料。在公开号为CN105400157A的中国专利中，公开了一种提高石墨烯在聚合物基体中分散性的方法，该方法首先将聚合物、石墨烯和路易斯酸催化剂以一定配比进行熔融混合，得到母料后，再通过抽提的方式将路易斯酸去除，将制备的母料与聚合物混合得到石墨烯含量较低的纳米复合材料。与未采用路易斯酸催化剂处理得到的聚合物/石墨烯复合材料相比，该方法制备得到的聚合物基体中石墨烯分散更加均匀，团聚体明显减少。但该方法中，抽提过程复杂、效率低，工作量较大，难以实现产业化应用。而在公开号为CN102719070A的中国专利中，公开了一种新型聚甲基乙撑碳酸酯纳米复合材料的制备方法，该方法是将纳米填料分散在有机溶剂DMF中，然后加入PPC，搅拌至均匀，烘干去除有机溶剂来制备PPC纳米复合材料，该制备过程虽然可以获得纳米填料分散较好的复合材料，但使用了大量对环境和人体有害的有机溶剂，且其挥发困难，不容易完全除尽，因此，对复合材料的性能有一定的影响，也难以达到环保标准。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分散均匀、安全环保的聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料。本专利技术的另一目的在于提供一种上述聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，该方法简单易行、安全环保。本专利技术的技术方案为：一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料，以可降解的聚甲基乙撑碳酸酯为复合材料基体，以水溶性高分子材料为分散介质，以氧化石墨烯为填充材料；将聚甲基乙撑碳酸酯与分散在水溶性高分子材料中的氧化石墨烯进行熔融共混，得到聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料；其中，各组分的重量含量为：聚甲基乙撑碳酸酯100份，水溶性高分子材料5-20份，氧化石墨烯0.1-3份。所述聚甲基乙撑碳酸酯的数均分子量不超过300000。所述水溶性高分子材料为合成水溶性聚合物、天然水溶性高分子聚合物或化学改性天然水溶性聚合物中的一种。所述合成水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧化乙烯中的一种；天然水溶性高分子聚合物为淀粉、纤维素或植物胶中的一种；化学改性天然水溶性聚合物为改性淀粉或改性纤维素中的一种。所述氧化石墨烯通过Hummers法制备得到，经超声处理所得氧化石墨烯的厚度尺寸不超过10nm，片层层数不超过十层。本专利技术用于上述聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法为：先将氧化石墨烯分散在水溶性高分子材料中，然后与聚甲基乙撑碳酸酯共同投入挤出机或密炼机中进行熔融共混，得到聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料；熔融共混的温度为130-200℃，熔融共混的时间为5-15min。其中，所述氧化石墨烯分散在水溶性高分子材料中的过程具体如下：(1)先将石墨经过浓硫酸或高锰酸钾进行强氧化处理，得到氧化石墨；(2)将氧化石墨溶于水中，再采用超声剥离，得到氧化石墨烯水溶液；(3)将水溶性高分子材料的水溶液与步骤(2)得到的氧化石墨烯水溶液按照比例混合，并采用超声搅拌至均匀，然后干燥并破碎成粉末。所述步骤(2)中，氧化石墨烯水溶液的浓度不超过5g/L，超声剥离的时间为30-60min，超声剥离的功率为100-300w。所述步骤(3)中，水溶性高分子材料的水溶液浓度不超过0.1g/ml，超声搅拌的时间为5-10min，超声搅拌的功率为100-300w。所述步骤(3)中，干燥的方式为60℃下鼓风干燥48h。本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：本专利技术以可降解的聚甲基乙撑碳酸酯为复合材料基体，以水溶性高分子材料为分散介质，以氧化石墨烯为填充材料，通过将氧化石墨烯的水溶液与水溶性高分子材料的水溶液共混，蒸发除去水分，将氧化石墨烯很好地分散在水溶性高分子材料中，再与聚甲基乙撑碳酸酯进行熔融共混，制备氧化石墨烯的纳米复合材料，避免使用有机溶剂，同时解决了熔融加工过程中纳米填料较难分散的问题，采用常用的塑料加工方法(即熔融共混的方法)即可制备得到分散较好的聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料，使所制备的复合材料具有良好的热学和力学性能，并且其制备方法简单易行，安全环保。本专利技术中，将氧化石墨烯的片层在水溶液中以某种水溶性高分子隔离开来，经干燥处理之后仍能很好地保持片层状态，再与相应的聚合物基体进行熔融共混，即可得到分散较好的氧化石墨烯纳米复合材料，从而实现了采用熔融共混法制备氧化石墨烯分散较好的复合材料，这将会在很大程度上推动氧化石墨烯纳米复合材料的应用。附图说明图1为实施例1、2、3及4的制备方法示意图。图2为实施例1、2、3及对比例1所制得的复合材料的拉伸性能曲线。图3为实施例1、2、3及对比例1所制得的复合材料的DSC曲线。图4为实施例1、2、3及对比例1所制得的复合材料的扫描电镜照片。图5为实施例2所制得的复合材料的透射电镜照片。图6为实施例4所制得的复合材料的拉伸性能曲线。图7为对比例2所制得的复合材料的拉伸强度曲线。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料及其制备方法，具体如下：称取3g石墨，在冰浴条件下分多次加入至69ml浓硫酸中，待石墨搅拌均匀后，将6.4g高锰酸钾缓慢加入到浓硫酸中，使反应温度保持在15℃以下，高锰酸钾添加完后反应物呈墨绿色。然后将反应物置于35℃油浴中搅拌反应1.5h，至液体粘稠，再连续不间断地加入138ml去离子水。然后置于98℃油浴中搅拌反应30min，严格控制反应温度不超过100℃。反应结束后取出反应物，加入420ml去离子水，再加入10ml浓度为30％的过氧化氢水溶液，在室温下搅拌30mi本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料，其特征在于，以可降解的聚甲基乙撑碳酸酯为复合材料基体，以水溶性高分子材料为分散介质，以氧化石墨烯为填充材料；将聚甲基乙撑碳酸酯与分散在水溶性高分子材料中的氧化石墨烯进行熔融共混，得到聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料；其中，各组分的重量含量为：聚甲基乙撑碳酸酯100份，水溶性高分子材料5‑20份，氧化石墨烯0.1‑3份。

【技术特征摘要】
1.一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料，其特征在于，以可降解的聚甲基乙撑碳酸酯为复合材料基体，以水溶性高分子材料为分散介质，以氧化石墨烯为填充材料；将聚甲基乙撑碳酸酯与分散在水溶性高分子材料中的氧化石墨烯进行熔融共混，得到聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料；其中，各组分的重量含量为：聚甲基乙撑碳酸酯100份，水溶性高分子材料5-20份，氧化石墨烯0.1-3份。2.根据权利要求1所述一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料，其特征在于，所述聚甲基乙撑碳酸酯的数均分子量不超过300000。3.根据权利要求1所述一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料，其特征在于，所述水溶性高分子材料为合成水溶性聚合物、化学改性天然水溶性聚合物或天然水溶性高分子聚合物中的一种。4.根据权利要求3所述一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料，其特征在于，所述合成水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧化乙烯中的一种；天然水溶性高分子聚合物为淀粉、纤维素或植物胶中的一种；化学改性天然水溶性聚合物为改性淀粉或改性纤维素中的一种。5.根据权利要求1所述一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯通过Hummers法制备得到，经超声处理所得氧化石墨烯厚度尺寸不超过10nm，片层层数不超过十层...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋果，赵楠，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44