一种球形石墨烯增强的生物塑料及制备方法技术

本发明专利技术属于生物塑料的技术领域，提供了一种球形石墨烯增强的生物塑料及制备方法。该方法利用石墨烯的油相特性、二水硫酸钛溶液的水相特性，利用油包水型乳化剂，在二氧化钛形成过程中将石墨烯包覆二氧化钛，同时利用钛离子向二氧化钛转化固化的特性，将石墨烯固定。从而得到球形的石墨烯，极其利于在生物塑料中分散。与传统方法相比，本发明专利技术的制备负载有石墨烯的球形二氧化钛在生物塑料中分散性好，负载牢固，无团聚现象，能极大改善了力学性能。

【技术实现步骤摘要】
一种球形石墨烯增强的生物塑料及制备方法
本专利技术属于改性薄膜的
，提供了一种球形石墨烯增强的生物塑料及制备方法。
技术介绍
生物降解塑料是一种节能环保新材料。由于含有易被微生物分解的活性基团羟基、酯基、羧基等，当被放在自然环境中在一定温度和湿度条件下，由于微生物等作用，极易被分解成为水和二氧化碳，从而回归大自然。其发展最初始于上世纪70年代。经过30多年的发展，储备了坚实的技术基础，其技术不断更新，产品性能不断提高。但生物塑料的力学性能低一直是该领域难以突破的问题。石墨烯（是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。将石墨烯加入橡胶、塑料、涂料等可以大幅提高力学性能。因此，石墨烯填加增强PBS塑料的研究成为目前的研究热点。目前国内外在生物塑料改进技术方面得到了快速的发展。尤其是石墨烯增强改性PBS塑料方面已取得了一定成效。其中崔春娜等人专利技术了一种石墨烯/PBS复合材料（中国专利技术专利申请号201610688924.4），该石墨烯/PBS复合材料为薄片状结构，且具有光滑的表面结构，石墨烯/PBS复合材料包括PBS基体以及石墨烯粉体，石墨烯粉体均匀分散于所述PBS基体中，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.1％～2.0％；石墨烯/PBS复合材料具有更好的力学性能和耐热性能，其相对于PBS材料均具有更好的断裂伸长率，且杨氏模量显著降低。另外，黄继涛等人专利技术了一种溶剂-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法（中国专利技术专利申请号201610688923.X），包括以下步骤：S1，将PBS冷冻处理后并快速粉碎；S2，将石墨烯均匀分散在溶剂中形成混合液；S3，将粉碎后的PBS加入所述混合液中搅拌均匀，使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；S4，将步骤S3所获得的产物干燥；以及S5，将步骤S4所获得的产物置于120℃的双辊开炼机进行包辊，直到获得表面光滑均匀的样品后逐渐降低辊温到90℃下片，获得石墨烯/PBS复合薄膜。可见，现有技术中的石墨烯填加改性生物塑料的方法，因石墨烯作为一种纳米级材料，具有非常高的比表面积，导致其团聚非常严重，在由石墨剥离成石墨烯时存在难以分散的缺点，进而影响塑料的力学性能和整体使用性能。为此,如何将石墨烯有效分散于生物塑料成为推动石墨烯在生物塑料增强领域应用的关键。
技术实现思路
针对这种情况，我们提出一种球形石墨烯增强的生物塑料及制备方法，极大改善了石墨烯在生物塑料中的分散性，并且制得的生物塑料力学性能优异。为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种球形石墨烯增强的生物塑料的制备方法，制备的具体步骤如下：（1）按照重量份将5～10份的二水硫酸钛溶解到30-50份的水中，加入1-2份的石墨烯、0.1-0.2份乳化剂，分散均匀，转入高压罐，在0.2-2MPa条件下处理1-2h；然后升温至120℃，保压12-24h,形成二氧化钛，并将石墨烯固定在二氧化钛表面，得到沉淀物；（2）将步骤（2）得到的沉淀物用蒸馏水清洗，然后喷雾干燥，得到由球形二氧化钛表面稳定负载石墨烯的球形石墨烯；（3）将步骤（2）制得的球形石墨烯与生物塑料、抗氧剂、增塑剂、热稳定剂混合均匀，经挤出机挤出造粒，得到球形石墨烯增强的生物塑料。公知的，石墨烯属于纳米级材料，极易团聚。为了使石墨烯能够在生物塑料中均匀的分散，本专利技术采用在钛离子形成二氧化钛形成的过程中，将石墨烯固定在球形的二氧化钛的表面；具体的，利用石墨烯的油相特性、二水硫酸钛溶液的水相特性，利用油包水型乳化剂，在二氧化钛形成过程中将石墨烯包覆二氧化钛，同时利用钛离子向二氧化钛转化固化的特性，将石墨烯固定。从而得到球形的石墨烯，极其利于在生物塑料中分散。优选的，步骤（1）所述乳化剂为油包水型乳化剂，优选聚甘油硬脂酸酯、聚甘油油酸酯、单硬脂酸甘油酯中的一种。优选的，步骤（3）所述各原料的重量份为，球形石墨烯5-10重量份、生物塑料80-90重量份、抗氧剂1~2重量份、增塑剂2~5重量份、热稳定剂1~2重量份。优选的，步骤（3）所述生物塑料为聚丁二酸丁二醇酯、聚己内酯、聚乳酸中的一种。进一步优选聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。优选的，步骤（3）所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂264中的至少一种。优选的，步骤（3）所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸丁苄酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二甲酯中的至少一种。优选的，步骤（3）所述热稳定剂为二盐基硬脂酸铅、水合三盐基硫酸铅、二盐基邻苯二甲酸铅、二盐基亚磷酸铅中的至少一种。石墨烯是由碳原子构成的具有单原子层厚度的二维晶体，碳原子之间以sp2杂化方式互相键合形成蜂窝状晶格网络，其基本结构单元是苯六元环，可看作是一层被剥离的石墨片。尽管将石墨烯加入橡胶、塑料、涂料等可以大幅提高力学性能，然而，石墨烯作为一种纳米级材料，由于具有非常高的比表面积，导致其团聚非常严重，在由石墨剥离成石墨烯时存在难以分散的缺陷。因此，本专利技术采用将石墨烯负载于球形二氧化钛表面，一方面颗粒变大易于分散，另一方面是石墨烯的界面功能得到充分发挥，用于生物塑料的增强具有显著的效果。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的球形石墨烯增强的生物塑料。本专利技术提供了一种球形石墨烯增强的生物塑料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术利用石墨烯的油相特性、二水硫酸钛溶液的水相特性，利用油包水型乳化剂，在二氧化钛形成过程中将石墨烯牢固包覆二氧化钛，同时利用钛离子向二氧化钛转化固化的特性，将石墨烯固定。从而得到球形的石墨烯，极其利于在生物塑料中分散。2.本专利技术的制备方法，工艺简单，易于控制，为解决石墨烯在生物塑料的而分散提供了技术支撑，适合于规模化推广应用。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1一种球形石墨烯增强的生物塑料的制备方法，制备的具体步骤如下：（1）按照重量份将5份的二水硫酸钛溶解到30份的水中，加入1份的石墨烯、0.2份乳化剂聚甘油硬脂酸酯，分散均匀，转入高压罐，在0.5MPa条件下处理1h；然后升温至120℃，保压12h,形成二氧化钛，并将石墨烯固定在二氧化钛表面，得到沉淀物；（2）将步骤（2）得到的沉淀物用蒸馏水清洗，然后喷雾干燥，得到由球形二氧化钛表面稳定负载石墨烯的球形石墨烯；（3）将步骤（2）制得的球形石墨烯5重量份、生物塑料聚丁二酸丁二醇酯80重量份、抗氧剂10101重量份、增塑剂邻苯二甲酸二辛酯2重量份、热稳定剂二盐基硬脂酸铅2重量份混合均匀，经挤出机挤出造粒，得到球形石墨烯增强的生物塑料。实施例2一种球形石墨烯增强的生物塑料的制备方法，制备的具体步骤如下：（1）按照重量份将6份的二水硫酸钛溶解到35份的水中，加入1份的石墨烯、0.1份乳化剂聚甘油油酸酯，分散均匀，转入高压罐，在1MPa条件下处理2h；然后升本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种球形石墨烯增强的生物塑料的制备方法，其特征在于，制备的具体步骤如下：（1）按照重量份将5～10份的二水硫酸钛溶解到30‑50份的水中，加入1‑2份的石墨烯、0.1‑0.2份乳化剂，分散均匀，转入高压罐，在0.2‑2MPa条件下处理1‑2h；然后升温至120℃，保压12‑24h,形成二氧化钛，并将石墨烯固定在二氧化钛表面，得到沉淀物；（2）将步骤（2）得到的沉淀物用蒸馏水清洗，然后喷雾干燥，得到由球形二氧化钛表面稳定负载石墨烯的球形石墨烯；（3）将步骤（2）制得的球形石墨烯与生物塑料、抗氧剂、增塑剂、热稳定剂混合均匀，经挤出机挤出造粒，得到球形石墨烯增强的生物塑料。

【技术特征摘要】
1.一种球形石墨烯增强的生物塑料的制备方法，其特征在于，制备的具体步骤如下：（1）按照重量份将5～10份的二水硫酸钛溶解到30-50份的水中，加入1-2份的石墨烯、0.1-0.2份乳化剂，分散均匀，转入高压罐，在0.2-2MPa条件下处理1-2h；然后升温至120℃，保压12-24h,形成二氧化钛，并将石墨烯固定在二氧化钛表面，得到沉淀物；（2）将步骤（2）得到的沉淀物用蒸馏水清洗，然后喷雾干燥，得到由球形二氧化钛表面稳定负载石墨烯的球形石墨烯；（3）将步骤（2）制得的球形石墨烯与生物塑料、抗氧剂、增塑剂、热稳定剂混合均匀，经挤出机挤出造粒，得到球形石墨烯增强的生物塑料。2.根据权利要求1所述一种球形石墨烯增强的生物塑料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述乳化剂为油包水型乳化剂，选用聚甘油硬脂酸酯、聚甘油油酸酯、单硬脂酸甘油酯中的一种。3.根据权利要求1所述一种球形石墨烯增强的生物塑料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述各原料的重量份为，球形石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，昝航，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51