石墨烯全降解复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于全降解复合材料领域，具体涉及一种石墨烯全降解复合材料及其制备方法及应用。针对现有可降解塑料降解效果不好、力学性能不佳、不稳定等缺陷，本发明专利技术提供了一种石墨烯可降解复合材料的制备方法，该方法通过将石墨烯与脂肪酸混合改性后，再与树脂混合，让石墨烯包覆树脂，最后混合辅料后制备得到石墨烯可降解复合材料母粒，制备成膜袋。本发明专利技术通过特有的石墨烯改性方法得到改性石墨烯，进而提高石墨烯可降解复合材料的力学性能，方法操作简单，适宜用在全降解塑料领域。适宜用在全降解塑料领域。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯全降解复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于全降解复合材料领域，具体涉及一种石墨烯全降解复合材料及其制备方法及应用。

技术介绍

[0002]塑料是目前人们生活中最常用的材料，而塑料的滥用与随意丢弃造成了日益严重的“白色污染”。发展全降解的塑料制品迫在眉睫，然而目前的全降解塑料存在力学性能差、成本高等问题。
[0003]聚乳酸(简称PLA)是一类新型的热塑性脂肪族聚酯，具有较高的强度，一定的生物相容性和耐热性，其制备所需的原材料为乳酸，乳酸来源广泛，主要由玉米、甘蔗、甜菜、秸秆等含有淀粉和纤维素的物质发酵得到。聚乳酸在大自然中最终的分解产物为二氧化碳和水，对环境没有任何污染，具有可持续发展性。聚乳酸作为一种环境友好材料，从长远看，它可以从根本上解决塑料污染所带来的生态问题。但是，聚乳酸自身刚性较大，以致主要由其制成的材料存在脆性严重、冲击韧性较差，且热稳定性不佳等技术缺陷，这也大大限制了聚乳酸在可降解膜材料领域的推广应用。
[0004]因此，行业内急需开发一种力学性能更高、稳定性更好、并且可以全降解的复合材料，以缓解塑料制品造成的环境压力。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题为：现有可降解塑料降解效果不好、力学性能不佳、不稳定等缺陷。
[0006]本专利技术解决上述技术问题的技术方案为：提供了一种石墨烯可降解复合材料的制备方法。该方法包括如下步骤：
[0007]a、取石墨烯和脂肪酸，烘干，球磨，再次烘干，得到改性石墨烯；
[0008]b、将改性石墨烯与树脂进行混合，转速300～1000rpm下混合10～30min，然后以100～800rpm的转速卸料，并不断疏通卸料口，让石墨烯充分包覆树脂颗粒，得到共混物A；
[0009]c、将步骤b所述的共混物A与辅料混合，在400～1100rpm转速下混合5～30min，待料温达到80～120℃后停止，得到共混物B；
[0010]d、将共混物B通过双螺杆挤出机挤出并冷却造粒，得到石墨烯可降解复合材料母粒，将母粒通过吹膜机和制袋机制成膜袋。
[0011]其中，上述石墨烯可降解复合材料的制备方法中，步骤a所述石墨烯与树脂酸的重量比为92～99:1～8。
[0012]其中，上述石墨烯可降解复合材料的制备方法中，步骤a所述烘干的温度为40～80℃，时间为1～3h。
[0013]其中，上述石墨烯可降解复合材料的制备方法中，步骤a所述球磨时加入球磨球，粒径为2～15mm，球磨30～120min，转速为200～600rpm。
[0014]其中，上述石墨烯可降解复合材料的制备方法中，步骤a所述再次烘干温度为40～80℃，时间为30～90min。
[0015]其中，上述石墨烯可降解复合材料的制备方法中，步骤b所述树脂为PLA、PBAT或PBS中的至少一种。
[0016]其中，上述石墨烯可降解复合材料的制备方法中，步骤b中所述改性石墨烯与树脂的重量比为0.1～1:99～99.9。
[0017]优选的，上述石墨烯可降解复合材料的制备方法中，步骤b所述树脂为PLA和PBAT的组合物。
[0018]进一步优选的，所述改性石墨烯与树脂的组成为：改性石墨烯0.1～1份，PLA 19～59.9份，PBAT 40～80份。
[0019]其中，上述石墨烯可降解复合材料的制备方法中，步骤c中所述的辅料包括碳酸钙、淀粉、滑石粉、扩链剂、成核剂、相容剂或开口剂中的至少一种。
[0020]进一步的，所述的辅料为碳酸钙、扩链剂和开口剂的组合物。
[0021]进一步的，所述的共混物A与辅料的重量比为60～70:20～40。
[0022]本专利技术还提供了一种上述方法制备得到的石墨烯可降解复合材料。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]本专利技术通过采用特别的方法将石墨烯改性，再将其与树脂复合，制备成石墨烯可降解复合材料，本专利技术仅添加少量的石墨烯就能够显著的提高复合材料的力学性能，并且使得其增韧效果最好。本专利技术对石墨烯改性后，可以解决直接物理混合石墨烯导致复合材料力学性能反而下降的问题，本专利技术改性方法简单，制备得到的石墨烯可降解复合材料拉伸强度可达到20.5900MPa，断裂拉伸应变达到635.5860％，力学性能显著增强。
具体实施方式
[0025]现有的研究发现，石墨烯和树脂的结合力很差，石墨烯在树脂中不能得到很好的分散，添加石墨烯之后，力学性能依然很差。
[0026]本专利技术通过干法改性石墨烯，使得脂肪酸包覆在石墨烯表面，由于脂肪酸与树脂材料的结合力较强，使得改性后的石墨烯能更好的与树脂材料结合而更好的分散在复合材料体系中，从而增强石墨烯复合材料的力学性能。
[0027]本专利技术在制备复合材料时，优选采用碳酸钙、扩链剂和开口剂作为辅料。碳酸钙作为填料成本低，而且与脂肪酸改性后的石墨烯的结合能力较强，扩链剂和开口剂则是膜袋类材料常添加的助剂，扩链剂也是起到增强复合材料结合的作用，而开口剂主要是使膜袋制作过程中两层之间易于分开。
[0028]下面将通过实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本专利技术的保护范围限制在实施例所述范围内。
[0029]实施例和对比例中所使用的原料均为普通市售产品。
[0030]实施例1～3采用本专利技术方法制备石墨烯可降解复合材料
[0031]实施例中各原料的配比如下表1所示。
[0032]制备方法如下：
[0033](1)称取石墨烯95份，脂肪酸5份，在60℃下处理2h，干燥后放入球磨机中球磨，再
次在60℃下烘干60min，搅拌得到改性石墨烯；球磨时加入球磨球，粒径为10mm，球磨90min，转速为400rpm。
[0034](2)将上述改性石墨烯与PLA、PBAT树脂颗粒在高混机中充分混合包覆后再加入碳酸钙粉末、扩链剂和开口剂混合，得到共混物；
[0035](3)将上述共混物转入挤出机中挤出造粒，得到石墨烯全降解复合材料；
[0036](4)将上述石墨烯可降解复合材料通过吹膜机和制袋机制成膜袋。
[0037]对比例1～4采用现有方法制备石墨烯可降解复合材料
[0038]对比例1为不添加改性石墨烯，其余原料份数如表1所示。
[0039]对比例2为添加改性石墨烯的量较大，其余原料份数如表1所示。
[0040]对比例3为添加没有改性的普通石墨烯，其余原料份数如表1所示。
[0041]对比例4为添加改性的石墨烯，但该改性石墨烯的制备方法如下：
[0042]称取石墨烯90份，脂肪酸10份，在100℃下处理0.5h，干燥后放入球磨机中球磨，再次在100℃下烘干2h，搅拌得到改性石墨烯；球磨时加入球磨球，粒径为20mm，球磨10min，转速为100rpm。
[0043]表1制备石墨烯可降解复合材料配方表(单位：％)
[0044][0045]对实施例和对比例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.石墨烯可降解复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、取石墨烯和脂肪酸，烘干，球磨，再次烘干，得到改性石墨烯；b、将改性石墨烯与树脂进行混合，转速300～1000rpm下混合10～30min，然后以100～800rpm的转速卸料，并不断疏通卸料口，让石墨烯充分包覆树脂颗粒，得到共混物A；c、将步骤b所述的共混物A与辅料混合，在400～1100rpm转速下混合5～30min，待料温达到80～120℃后停止，得到共混物B；d、将共混物B通过双螺杆挤出机挤出并冷却造粒，得到石墨烯可降解复合材料母粒，将母粒通过吹膜机和制袋机制成膜袋。2.根据权利要求1所述的石墨烯可降解复合材料的制备方法，其特征在于：步骤a所述石墨烯与树脂酸的重量比为92～99:1～8。3.根据权利要求1所述的石墨烯可降解复合材料的制备方法，其特征在于：步骤a所述烘干的温度为40～80℃，时间为1～3h。4.根据权利要求1所述的石墨烯可降解复合材料的制备方法，其特征在于：步骤a所述球磨...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘登，罗饷，
申请(专利权)人：深圳环能石墨烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：