一种多功能聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多功能聚乳酸复合材料，其制备方法是将生物基聚酯官能化石墨烯与聚乳酸/生物基聚酯共混物进行混合交联反应，通过浇注成膜或进行熔融挤出并注塑成型制得复合材料，通过改变生物基聚酯官能化石墨烯的添加量得到不同强度和韧性的多功能聚乳酸复合材料；其中生物基聚酯官能化石墨烯的添加量为聚乳酸/生物基聚酯共混物的1%~15%。本发明专利技术通过添加生物基聚酯官能化石墨烯，使聚乳酸/生物基聚酯复合材料从绝缘体转变成半导体材料以运用于抗静电领域，同时兼具优异的阻燃性能，拓宽了聚乳酸在阻燃材料以及抗静电材料领域的应用范围，同时开发了石墨烯的一个重要功能，大大拓宽了石墨烯的使用范围。

A multifunctional PLA composite and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种多功能聚乳酸复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种多功能聚乳酸复合材料及其制备方法，属于复合材料

技术介绍
随着科技的发展，各种石油基高分子材料由于其优异的性能已经开始融入人们的生活当中。但是广泛的利用石油基高分子制品，由于其难以降解所造成的污染已经严重的威胁到人们的生活环境。生物质高分子材料由于其优异的生物可降解性能引起了越来越多的关注，因为生物质高分子材料的广泛使用不仅降低了对化石资源的依赖性，而且对环境无害。聚乳酸也被称为聚丙交酯，是以生物基玉米淀粉制得的乳酸为单体开环聚合得到的一种新型环保型高分子材料，并且最终可以完全降解成环境友好的终产物。由于其具有高机械强度，易加工，高熔点，可生物降解性和良好的生物相容性等优点，近年来在农业、食品包装、医疗卫生等领域得到大量应用。聚乳酸在各种领域中的广泛应用导致对聚乳酸的增强的阻燃性和机械性能的持续需求。由于聚乳酸由碳、氢、氧等元素组成具有易燃烧的特性，聚乳酸的燃烧倾向妨碍了它们的工业应用。加入阻燃剂是一种广泛使用的抑制聚合物材料燃烧的策略。基于卤素的化合物是改善聚合物阻燃性的合适选择，其提供高阻燃效率和相对轻微的机械性能劣化。然而，在卤素类化合物燃烧过程中产生的腐蚀性和有毒气体对环境和人类具有严重的二次危害，这促使开发出无卤素阻燃剂。金属氢氧化物是无卤阻燃剂领域最有前景的选择。然而，金属氢氧化物基阻燃剂的阻燃效率总是很低，因此需要非常大的填料加入量才能获得令人满意的阻燃性能。这不可避免地导致聚合物复合材料的机械性能严重恶化。石墨烯是一种二维碳纳米材料，具有sp2杂化轨道的二维碳原子晶体,具有蜂巢状的晶体结构,具有高强度、高导电性、高阻隔性等优点，可提高聚合物纳米复合材料的机械性能，阻燃性和电性能。原料天然石墨资源充足，价格低廉。因此具有广泛的应用前景。将石墨烯添加到聚合物中制备纳米复合材料是目前制备高性能复合材料研究的重点。石墨烯可以赋予聚乳酸优异的阻燃性能和导电性能，但是由于其固有的刚性会使得聚乳酸的力学性能下降。因此如何制备出在改善聚乳酸阻燃性能的同时赋予其良好的机械韧性以拓宽其应用领域是非常苛刻的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种高韧性兼具优异阻燃性能以及抗静电性能聚乳酸复合材料及其制备方法为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术反应机理：该方法(1)通过无溶剂化学合成的生物基聚酯来调控石墨烯的表面张力，并进行还原，恢复其优异的导电性能；(2)引入生物基聚酯聚丁二酸丁二醇酯以及聚碳酸亚丙酯作为复合材料的第二相，利用生物基聚酯官能化石墨烯上的活性聚酯链段与聚乳酸分子链与聚丁二酸丁二醇酯分子链的缠结使得生物基聚酯官能化石墨烯锚定在聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯混物的界面上,以及生物基聚酯官能化石墨烯促进聚碳酸亚丙酯相演变成网状结构来增韧聚乳酸。更重要的是，石墨烯层可以经历烧结并形成致密的碳层，其隔离氧气并吸收热量，降低燃烧过程中混合物的温度，同时即使添加少量生物基聚酯改性还原氧化石墨烯也可以实现高阻燃性能，同时赋予其优异的抗静电性能。一种多功能聚乳酸复合材料，将生物基聚酯官能化石墨烯(RGP)与聚乳酸/生物基聚酯共混物进行混合交联反应，通过浇注成膜或进行熔融挤出并注塑成型制得复合材料；其中所述生物基聚酯官能化石墨烯添加量为聚乳酸/生物基聚酯共混物质量的1％～15％。进一步地，所述聚乳酸/生物基聚酯共混物为聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯共混物，聚乳酸与聚丁二酸丁二醇酯的质量比为9:1、8:2、7:3、6:4中的一种。进一步地，所述聚乳酸/生物基聚酯共混物为聚乳酸/聚碳酸亚丙酯共混物，聚乳酸与局碳酸亚丙酯的质量比为9:1、8:2、7:3、6:4中的一种。一种多功能聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯分散在四氢呋喃中，滴加甲苯二异氰酸酯以及1,4丁二醇反应得到官能化氧化石墨烯；然后将柠檬酸和聚乙二醇在高温缩聚反应得到预聚物，将2，2-双(羟甲基)丙酸和甘油与所述官能化氧化石墨烯加入预聚物中进行反应，得到生物基聚酯官能化氧化石墨烯；将生物基聚酯官能化氧化石墨烯均匀分散在去离子水中，加入氨水及水合肼进行还原反应，得到生物基聚酯官能化石墨烯；向聚乳酸/生物基聚酯共混物的三氯甲烷溶液中加入生物基聚酯官能化石墨烯并搅拌反应，待溶剂挥发后即得所述多功能聚乳酸复合材料；或者将聚乳酸/生物基聚酯共混物、生物基聚酯官能化石墨烯混合均匀，通过熔融挤出成型制备得到所述多功能聚乳酸复合材料。进一步地，所述氧化石墨烯与甲苯二异氰酸酯质量比为4：1。进一步地，所述聚乳酸/生物基聚酯共混物与三氯甲烷的质量比为1:10。进一步地，所述生物基聚酯官能化石墨烯的添加量为聚乳酸/生物基聚酯共混物的质量的1％～15％。进一步地，所述聚乳酸/生物基聚酯共混物为聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯共混物或聚乳酸/聚碳酸亚丙酯共混物。本专利技术所达到的有益效果：(1)将生物基聚酯官能化石墨烯与聚乳酸以及聚丁二酸丁二醇酯，聚碳酸亚丙酯进行溶液混合以及浇铸成膜或者熔融挤出并注塑成型来制备出高韧性兼具优异阻燃性能以及抗静电性能聚乳酸复合材料。韧性相比于纯聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯，聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料增加了22.6％，27.4％，而且使得聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯，聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料从绝缘体转变成半导体材料以运用于抗静电领域，同时兼具优异的阻燃性能，拓宽了聚乳酸在阻燃材料以及抗静电材料领域的应用范围；(2)本专利技术大大的拓宽了石墨烯的使用范围，通过对石墨烯表面进行生物基聚酯官能化来操纵石墨烯的表面张力，使得石墨烯对聚乳酸复合材料的两相具有不同的分布倾向性，使得石墨烯在聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯，聚乳酸/聚碳酸亚丙酯基体中定位实现可控调节，使得石墨烯在聚乳酸基体中作为增韧剂和阻燃剂以及导电网络的多重角色，开发了石墨烯的一个重要的功能，为以后工业化生产出的石墨烯开辟了一条新的应用方向。附图说明图1为实施例1聚乳酸复合材料的热释放速率曲线；图2为实施例2聚乳酸复合材料的热释放速率曲线；图3为聚乳酸复合材料的电导率曲线图；图4为聚乳酸/聚碳酸亚丙酯复合材料的力学性能曲线图；图5为聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯复合材料的力学性能曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。实施例1(1)生物基聚酯官能化石墨烯的制备首先氧化石墨烯是通过改进的Hummers法制备的，通过超声处理将氧化石墨烯分散在四氢呋喃中，将分散的氧化石墨烯置于配有搅拌器和氮气入口的三颈烧瓶中，在室温下将甲苯二异氰酸酯滴加到上述氧化石墨烯悬浮液中，其中氧化石墨烯与甲苯二异氰酸酯质量比为4：1，将1,4-丁二醇加入上述混合物中，得到所需的官能化氧化石墨烯。通过离心分离游离反应物/组分，用四氢呋喃洗涤官能化氧化石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多功能聚乳酸复合材料，其特征是，由生物基聚酯官能化石墨烯与聚乳酸/生物基聚酯共混物混合交联反应制备得到，其中所述生物基聚酯官能化石墨烯添加量为聚乳酸/生物基聚酯共混物质量的1%~15%。/n

【技术特征摘要】
1.一种多功能聚乳酸复合材料，其特征是，由生物基聚酯官能化石墨烯与聚乳酸/生物基聚酯共混物混合交联反应制备得到，其中所述生物基聚酯官能化石墨烯添加量为聚乳酸/生物基聚酯共混物质量的1%~15%。


2.根据权利要求1所述的一种多功能聚乳酸复合材料，其特征是，所述聚乳酸/生物基聚酯共混物为聚乳酸/聚丁二酸丁二醇酯共混物，聚乳酸与聚丁二酸丁二醇酯的质量比为9:1、8:2、7:3、6:4中的一种。


3.根据权利要求1所述的一种多功能聚乳酸复合材料，其特征是，所述聚乳酸/生物基聚酯共混物为聚乳酸/聚碳酸亚丙酯共混物，聚乳酸与聚碳酸亚丙酯的质量比为9:1、8:2、7:3、6:4中的一种。


4.一种多功能聚乳酸复合材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
将氧化石墨烯分散在四氢呋喃中，滴加甲苯二异氰酸酯以及1,4丁二醇反应得到官能化氧化石墨烯；然后将柠檬酸和聚乙二醇缩聚反应得到预聚物，将2，2-双（羟甲基）丙酸和甘油与所述官能化氧化石墨烯加入预聚物中进行反应，得到生物基聚酯官能化氧化石墨烯；
将生物基聚酯官能化氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：付宇，魏泽昌，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32