一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，涉及聚乳酸复合材料技术领域，本发明专利技术以聚乳酸为基体，通过添加适量的纳米纤维素晶须和氧化石墨烯，制得聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，采用纳米纤维素晶须和氧化石墨烯作为增强相对聚乳酸进行增韧改性，以解决聚乳酸韧性差的缺陷，同时这种共混改性方式还能保留聚乳酸易降解的优势，提高复合材料的应用环保性。提高复合材料的应用环保性。

【技术实现步骤摘要】
一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料

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[0001]本专利技术涉及聚乳酸复合材料
，具体涉及一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料。

技术介绍
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[0002]聚乳酸是一种通过乳酸缩合或丙交酯开环聚合得到的可生物降解材料，使用后能被自然界中微生物完全降解，最终生成二氧化碳和水，不污染环境，这对保护环境非常有利，是公认的环境友好材料。聚乳酸的热稳定性好，加工温度170
‑
230℃，有好的抗溶剂性，可用多种方式进行加工，如挤压、纺丝、双轴拉伸，注射吹塑。由聚乳酸制成的产品除能生物降解外，生物相容性、光泽度、透明性、手感和耐热性好。但由于聚乳酸分子内极性酯基的存在，导致聚乳酸的脆性大，韧性差，严重限制了聚乳酸的推广应用。
[0003]石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积而成的具有二维蜂窝状晶格结构的材料，具有较大的比表面积以及优异的机械性能与热学性能，因此可以使用石墨烯作为聚乳酸增强相。但由于石墨烯具有较大的比表面积和表面自由能，在分子间相互作用力的情况下片层极易团聚，如果直接将其与聚合物混合，会因易团聚、相容性差等原因使其无法对聚合物起到最大程度的增强效果。

技术实现思路
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[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，通过向聚乳酸中添加适量的纳米纤维素晶须和氧化石墨烯，对聚乳酸起到良好的增韧作用，解决聚乳酸韧性差的缺陷，同时保留聚乳酸易降解的优势。
[0005]本专利技术的目的之一是提供一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，包括聚乳酸、纳米纤维素晶须、氧化石墨烯和偶联剂。
[0006]优选地，所述纳米纤维素晶须的用量占聚乳酸质量的0.5
‑
5％。
[0007]优选地，所述氧化石墨烯的用量占聚乳酸质量的0.1
‑
1％。
[0008]优选地，所述偶联剂的用量占聚乳酸质量的0.5
‑
5％。
[0009]优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。硅烷偶联剂属于本领域常用的改善聚合物与无机填料之间相容性的偶联剂。
[0010]优选地，所述偶联剂为丙烯酸
‑
甲基丙烯酸镁共聚物，甲基丙烯酸镁的质量含量为30
‑
50％，分子量为1000
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5000。采用丙烯酸和甲基丙烯酸镁的共聚物作为偶联剂，能够在相同用量下取得明显优于硅烷偶联剂的作用效果，更好地促进纳米纤维素晶须、氧化石墨烯在聚乳酸基体中的均匀分散。
[0011]本专利技术的目的之二是提供一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料的制备方法，具体包括：将聚乳酸搅拌溶解于有机溶剂中，然后加入纳米纤维素晶须、氧化石墨烯和偶联剂，超声分散均匀，真空干燥，得到聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料。
[0012]优选地，所述有机溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷。
[0013]本专利技术的目的之三是提供一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，包括聚乳酸、羧基化纳米纤维素晶须、氧化石墨烯和偶联剂。
[0014]优选地，所述羧基化纳米纤维素晶须的用量占聚乳酸质量的0.5
‑
5％。
[0015]优选地，所述羧基化氧化石墨烯的用量占聚乳酸质量的0.1
‑
1％。
[0016]优选地，所述偶联剂的用量占聚乳酸质量的0.5
‑
5％。
[0017]优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
[0018]采用羧基化纳米纤维素晶须替代纳米纤维素晶须，改善聚乳酸与纳米纤维素晶须之间的相容性，促进纳米纤维素晶须在聚乳酸基体中的均匀分散。
[0019]本专利技术的目的之四是提供一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料的制备方法，具体包括：将聚乳酸搅拌溶解于有机溶剂中，然后加入羧基化纳米纤维素晶须、氧化石墨烯和偶联剂，超声分散均匀，真空干燥，得到聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料。
[0020]优选地，所述有机溶剂为二氯甲烷或三氯甲烷。
[0021]本专利技术中纳米纤维素晶须和氧化石墨烯为市购，羧基化纳米纤维素晶须为自制。
[0022]本专利技术的目的之五是提供一种羧基化纳米纤维素晶须的制备方法，包括如下步骤：
[0023](1)将纤维素分散于浓硫酸中，加热水解，水洗至中性，干燥，得到纳米纤维素晶须；
[0024](2)将纳米纤维素晶须分散于四氢呋喃中，然后加入(R)
‑2‑
((叔丁氧基羰基)氨基)
‑3‑
氯丙酸和三乙胺，加热反应，反应完毕后减压蒸馏回收四氢呋喃和三乙胺，残渣水洗，干燥，得到改性纳米纤维素晶须。
[0025]优选地，所述浓硫酸的质量浓度为40
‑
70％；所述纤维素与浓硫酸的料液比为1g:(10
‑
50)mL。
[0026]优选地，所述加热水解的温度为40
‑
60℃。根据实际的水解情况控制水解时间。
[0027]优选地，以羟基计，所述纳米纤维素晶须与(R)
‑2‑
((叔丁氧基羰基)氨基)
‑3‑
氯丙酸、三乙胺的摩尔比为(1
‑
5):1:(1
‑
1.5)。
[0028]本专利技术步骤(1)采用硫酸水解法制备了纳米纤维素晶须，由于纳米纤维素表面存在大量的羟基，容易形成氢键，使得纳米纤维素产生自团聚现象，从而影响纳米纤维素晶须在树脂基体中的分散性，因此本专利技术还对制备的纳米纤维素晶须进行了羧基化改性。
[0029]本专利技术步骤(2)使用TLC监测反应进程，待(R)
‑2‑
((叔丁氧基羰基)氨基)
‑3‑
氯丙酸完全反应后停止加热，开始减压蒸馏回收四氢呋喃和三乙胺。由于四氢呋喃的沸点为66℃，三乙胺的沸点为90℃，因此先减压蒸馏回收溶剂四氢呋喃，再减压蒸馏回收过量的三乙胺，反应生成的三乙胺盐酸盐通过水洗除去。在羟基过量的条件下，纳米纤维素晶须含有的部分羟基与(R)
‑2‑
((叔丁氧基羰基)氨基)
‑3‑
氯丙酸发生反应，其余羟基仍存在于纳米纤维素晶须结构上。
[0030]本专利技术通过(R)
‑2‑
((叔丁氧基羰基)氨基)
‑3‑
氯丙酸对纳米纤维素晶须的羧基化改性不仅在纳米纤维素晶须表面引入了羧基以改善其与聚乳酸之间的相容性，还引入了叔丁基氨基甲酸酯侧链，显著提高聚乳酸/纳米纤维素晶须复合材料的韧性。
[0031]本专利技术的有益效果是：本专利技术以聚乳酸为基体，通过添加适量的纳米纤维素晶须和氧化石墨烯，制得聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，采用纳米纤维素晶须和氧化石墨烯作为增强相对聚乳酸进行增韧改性，以解决聚乳酸韧性差的缺陷，同时这种共混改性方式还能保留聚乳酸易降解的优势，提高复合材料的应用环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，其特征在于：包括聚乳酸、纳米纤维素晶须、氧化石墨烯和偶联剂。2.根据权利要求1所述的聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，其特征在于：所述纳米纤维素晶须的用量占聚乳酸质量的0.5
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5％。3.根据权利要求1所述的聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，其特征在于：所述氧化石墨烯的用量占聚乳酸质量的0.1
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1％。4.根据权利要求1所述的聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，其特征在于：所述偶联剂的用量占聚乳酸质量的0.5
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5％。5.根据权利要求1所述的聚乳酸/纳米纤维素晶须/氧化石墨烯三元复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓飞，张志成，张丽，
申请(专利权)人：安徽省吉祥纺织工程先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：