一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术属于卷烟加工技术领域，提供一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜及其制备方法，其制备过程是利用缩合反应将可以通过紫外光辐射产生自由基的二苯甲酮接枝到还原氧化石墨烯上，在聚乳酸存在条件下经紫外光照射实现聚乳酸在还原氧化石墨烯表面的接枝改性，最后将接枝改性的还原氧化石墨烯与聚乳酸混合，采用流延法制备成降温薄膜材料，在不影响吸阻和吸食舒适度的条件下，提高用于加热不燃烧卷烟滤嘴时的降温效果。

【技术实现步骤摘要】
一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜及其制备方法
本专利技术属于卷烟加工
，具体涉及一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜及其制备方法。
技术介绍
加热不燃烧卷烟是通过外部加热元件在200-400℃条件下，让烟草不经过燃烧而裂解产生烟气。由于加热不燃烧卷烟的体积相对较小、烟支较短，没有与传统香烟类似的长度较长的未燃烟支段和滤棒进行冷却降温，因此，通过采用降温滤棒降低加热不燃烧卷烟的烟气温度是目前加热不燃烧卷烟的一个关键技术措施。聚乳酸（PLA,Ploy(lacticacid)）是以玉米等农作物为原料制备的乳酸经过精制、脱水低聚、聚合而成，具有较好的生物相容性、安全无毒、易加工等特性，其较低的相变温度（55-60℃）使得其在加热不燃烧卷烟的滤棒降温段具有较好的应用前景。当烟气温度高于该温度时，聚乳酸材料吸收热量发生相变；但对于温度低于该相变温度时，其降温效果受到抑制而难以达到目的。因此，通过聚乳酸改性设计进一步降低其相变温度是其在加热不燃烧卷烟领域规模化推广应用的前提。中国专利技术专利CN109567271A公开了通过将烷基烯酮二聚体与聚乳酸共聚并将共聚物附着在无机载体上作为降温颗粒添加到滤棒段，由于降温材料添加的均匀性，其降温效果较好，但无机物载体的添加降低了相变材料的稳定性而且对卷烟的吸阻具有较大影响，易影响到吸食的舒适度。中国专利技术专利CN201911106368.5公开了具有纳米笼状无机氧化物杂化交联的聚乳酸薄膜降温材料，但由于无机氧化物的相变潜热较低、交联结构影响聚合物链段的移动性等特点，其在实际应用中的降温效果仍有待验证。石墨烯具有较高的导热系数，是理想的相变温度调节剂。但作为一种无机材料，石墨烯与聚乳酸的相容性较差，容易导致其在聚乳酸薄膜中分散不均匀，进而影响聚乳酸薄膜的降温效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜及其制备方法，本专利技术以聚乳酸作为主体相变材料，以聚乳酸接枝改性的还原氧化石墨烯（rGO,ReducedGrapheneOxide）作为相变温度调节剂，采用溶液流延铸膜法制备聚乳酸复合相变薄膜材料，在不影响吸阻和吸食舒适度的条件下，提高用于加热不燃烧卷烟滤嘴时的降温效果。本专利技术的目的是通过如下技术措施来实现的。本专利技术提供一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜，该薄膜材料中所掺杂的改性还原氧化石墨烯为聚乳酸接枝的还原氧化石墨烯。本专利技术还提供一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）二苯甲酮接枝改性还原氧化石墨烯的制备：在惰性气体保护下，将一定比例的4-羟基-二苯甲酮（BP-OH）与rGO分散到有机溶剂中；再将一定量的碳酸钾作为催化剂加入到上述分散体系，充分搅拌并升温至沸腾，在回流条件下反应一定时间；反应结束后，反应体系温度降至室温，离心分离rGO，并用水充分洗涤去除碳酸钾后冷冻干燥，即得到二苯甲酮接枝改性rGO（rGO-BP）。所述BP-OH与rGO的优选质量比为1：1～1：20；所述碳酸钾与rGO的优选质量比为1：5～1：20；所述有机溶剂优选为乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇、乙腈、四氢呋喃、二氧六环中的一种；回流反应时间优选为4～12小时。（2）聚乳酸接枝改性还原氧化石墨烯的制备：将一定比例的PLA和rGO-BP在溶剂中混合并均匀分散；上述分散液置于紫外灯下辐射接枝反应一定时间，离心分离rGO，并用溶剂充分洗涤去除未接枝PLA，冷冻干燥后得到PLA接枝的rGO(rGO-PLA)。所述PLA的优选分子量为10000～300000g/mol；所述PLA与rGO-BP的优选质量比为1：20～1：1；所述溶剂优选为可以溶解PLA的水、醇类有机溶剂；辐射接枝反应时间优选为5～60分钟；所述紫外光波长优选为365纳米。（3）改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备：将rGO-PLA与PLA按一定比列均匀混合并分散到有机溶剂中；上述分散液采用溶液流延法通过溶剂挥发制备成膜，所得到的薄膜在80℃真空处理一定时间，即得到改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜。所述rGO-PLA与PLA的优选质量比为1：50～1：5；所述有机溶剂优选为乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇中的一种或者两种混合；真空热处理时间优选为1～8小时。本专利技术通过简单、适用于工业化生产的碱性缩合形成醚键和光引发自由基反应制备了与聚乳酸具有良好相容性的聚乳酸接枝修饰的还原氧化石墨烯，进而采用工业界常用的溶液流延成膜技术制备了改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸复合相变薄膜材料，可以应用于加热不燃烧卷烟的降温滤棒段，有效降低烟气温度。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：1.与现有的应用于加热不燃烧卷烟降温滤棒段的聚乳酸以及聚乳酸复合材料相比，所使用的相变辅助材料还原氧化石墨烯经过聚乳酸接枝改性，与主体聚乳酸材料具有良好的相容性，可以实现石墨烯在薄膜内的均匀分布，在膜内形成均匀的导热网络，达到更好的降温效果。2.所引入的还原氧化石墨烯具有较高的比表面积和含氧官能团，可以为不同口味香料的负载提供相应的空间，有利于不同口味新型烟草的开发。3.所采用的缩合技术、光引发自由基反应以及流延成膜技术，技术所需求设备和操作过程简单方便，适合于规模化的工业生产。附图说明图1是本专利技术所用的聚乳酸接枝改性还原氧化石墨烯材料的制备过程示意图。图2是实施例1中所制备的rGO-PLA的扫描电镜照片。图3是实施例1中所制备的改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的扫描电镜照片。图4是实施例1、实施例2、实施例3、实施例4所制备的薄膜材料以及纯PLA薄膜对比样的热导率图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的描述，通过下述实施例将能够更好地理解本专利技术。实施例1一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备方法，包括以下步骤：（1）二苯甲酮接枝改性还原氧化石墨烯的制备：在惰性气体保护下，将0.5g的4-羟基-二苯甲酮（BP-OH）和5g的rGO分散到120mL乙醇中；再将1g的碳酸钾作为催化剂加入到上述分散体系，充分搅拌并升温至沸腾，在回流条件下反应8h；反应结束后，反应体系温度降至室温，离心分离rGO，用水洗涤三次去除碳酸钾，冷冻干燥，即得到5.16g二苯甲酮接枝改性rGO（rGO-BP）。（2）聚乳酸接枝改性还原氧化石墨烯的制备：制备过程如图1所示，将1g的PLA（平均分子量为152000g/mol）和4g的rGO-BP在100mL乙醇中混合并均匀分散；上述分散液置于波长为356nm的紫外灯下辐射接枝反应20min，离心分离rGO，并依次用去离子水、乙醇洗涤三次去除未接枝PLA，冷冻干燥后得到4.56gPLA接枝的rGO(rGO-PLA)。图2是所制备的rGO-PLA的扫描电镜照片，从中可以看出PLA的接枝并未改变rGO的层状结构形貌。（3）改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备：将2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜，其特征在于：该薄膜材料中所掺杂的改性还原氧化石墨烯为聚乳酸接枝的还原氧化石墨烯。/n

【技术特征摘要】
1.一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜，其特征在于：该薄膜材料中所掺杂的改性还原氧化石墨烯为聚乳酸接枝的还原氧化石墨烯。


2.一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以下步骤：
（1）二苯甲酮接枝改性还原氧化石墨烯的制备：在惰性气体保护下，将一定比例的4-羟基-二苯甲酮即BP-OH与rGO分散到有机溶剂中；再将一定量的碳酸钾作为催化剂加入到上述分散体系，充分搅拌并升温至沸腾，在回流条件下反应一定时间；反应结束后，反应体系温度降至室温，离心分离rGO，并用水充分洗涤去除碳酸钾后冷冻干燥，即得到二苯甲酮接枝改性rGO即rGO-BP；所述BP-OH与rGO的质量比为1：1～1：20；所述碳酸钾与rGO的质量比为1：5～1：20；
（2）聚乳酸接枝改性还原氧化石墨烯的制备：将一定比例的PLA和rGO-BP在溶剂中混合并均匀分散；上述分散液置于紫外灯下辐射接枝反应一定时间，离心分离rGO，并用溶剂充分洗涤去除未接枝PLA，冷冻干燥后得到PLA接枝的rGO即rGO-PLA；所述PLA的分子量为10000～300000g/mol；所述PLA与rGO-BP的质量比为1：20～1：1；
（3）改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备：将rGO-PLA与PLA按一定比例均匀混合并分散到有机溶剂中；上述分散液采用溶液流延法通过溶剂挥发制备成膜，所得到的薄膜在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨光远，李哲铭，韩磊，程占刚，王闻，
申请(专利权)人：湖北中烟工业有限责任公司，湖北中烟卷烟材料厂，
类型：发明
国别省市：湖北;42