聚乳酸/碳纳米管/石墨烯纳米片复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种聚乳酸/碳纳米管/石墨烯纳米片复合材料的制备方法，通过皮克林乳液模板法和熔融共混相结合的方法来提高填料分散的方法制备聚乳酸基复合材料。其中两亲性CNC作为CNTs和GNPs的分散剂以及乳液稳定剂，本发明专利技术先通过CNC的双亲性实现了一维CNTs和二维GNPs导电填料在水相中的均匀分散，然后将溶于油相的PLA与水相中均匀分散的CNC、一维CNTs和二维GNPs导电填料进行皮克林乳液模板法共混，然后将其过滤并烘干为P

【技术实现步骤摘要】
聚乳酸/碳纳米管/石墨烯纳米片复合材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及功能高分子复合材料
，尤其涉及一种聚乳酸/碳纳米管/石墨烯纳米片复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着通讯和电子设备的迅速发展，电磁屏蔽污染日益加剧，严重影响着仪器设备的正常运转和人们的身体健康。为解决这一问题，越来越多的人开始关注导电聚合物复合材料。相对于传统的金属电磁屏蔽材料，导电聚合物复合材料具有更多的优势，例如质量轻、电导率高和加工性能好等。聚乳酸(PLA)是一种环境友好型材料，具有高拉伸强度、良好的生物相容性、易于成型加工和生物质来源等优点，因此成为最具有发展前景的生物可降解高分子之一。此外，聚乳酸还可以通过填充炭黑(CB)、碳纳米管(CNTs)、碳纤维(CF)或石墨烯纳米片(GNPs)等碳系导电填料制备导电聚合物复合材料。这种材料不仅具有良好的导电性能，还能有效地抵御电磁污染。因此，导电PLA复合材料在电子设备和仪器设备的电磁屏蔽中具有广泛的应用前景。
[0003]传统的导电PLA复合材料通常采用溶液共混、乳液共混或熔融共混等方法将导电填料与聚合物基体混合制备而成。例如，专利CN105331062B公布了一种通过熔融共混制备碳纳米管/聚乳酸导电复合材料的方法，专利CN104629275A公布了一种通过溶液共混制备的高导电稳定性的石墨烯/聚乳酸复合材料。为了获得具有高导电性和高电磁屏蔽性能的PLA复合材料，建立互连的导电网络在聚合物基体中变得至关重要。一些研究者们(王亚飞，聚乳酸/碳纳米管/二维纳米片复合材料制备及电磁屏蔽性能研究[D]，郑州大学，2021)采用溶液共混
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冷冻干燥的方式制备含有PEO的CNTs/GNPs母粒，并将其与进行熔融共混制备PLA/CNTs/GNPs复合材料。虽然该复合材料具有良好的导电性能和电磁屏蔽性能，但其中填料分散性并没得到明显改善，存在团聚现象，严重影响了复合材料本身的力学性能。
[0004]目前，限制导电PLA复合材料综合性能的主要因素是碳系填料的含量及其在聚合物基体中的分散性。由于纳米级导电填料很容易在粘性聚合物熔体中聚集，因此需要在聚合物基体中加入高含量的碳系填料以获得优异的导电性能和电磁屏蔽性能。然而，高含量的填料会导致复合材料的力学性能下降。因此，迫切需要开发一种更有效的策略来解决碳系填料在PLA基体中的分散问题，同时降低碳系填料的添加量，以提高导电PLA复合材料的综合性能。
[0005]皮克林乳液模板法已成功用于制备具有优异碳系填料分散性的聚合物基复合材料。纤维素衍生物，包括纤维素纳米纤维、纤维素纳米晶体(CNC)和再生纤维素(RC)，已被用于通过皮克林乳液模板法制备PLA/纤维素复合材料，并可用作乳液稳定剂和分散剂。例如，专利CN115678162A公布了一种通过皮克林乳液制备纤维素纳米纤维/聚丙烯复合材料的方法。Yu等人(B.Yu,Z.Zhao,S.Fu,et al.Fabrication of PLA/CNC/CNT conductive composites for high electromagnetic interference shielding based on Pickering emulsions method[J].Compos Part A
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Appl S,2019,125,105558)使用皮克林乳液模板法
报道了具有隔离CNT网络结构的PLA/CNT/CNC复合材料，其在4.3wt％CNTs负载下具有59.3S/m的高电导率和41.8dB的EMI SE。然而，与纯PLA相比，隔离结构还是造成了较差的机械性能。尽管由纤维素衍生物稳定的皮克林乳液模板法可以实现在相对较低的添加量下实现高导电性和电磁屏蔽性能的目的，但是复合材料的机械性能问题仍然需要改善。因此，需要专利技术一种更有效的方法来促进碳系材料在聚合物基体中的分散问题。
[0006]本专利技术针对现有技术中聚合物基复合材料的导电性和力学性能之间的矛盾问题，提出了一种新的制备方法。该方法采用皮克林模乳液模板法和母粒熔融共混相结合的加工方法，成功制备出PLA/CNTs/GNPs复合材料。与现有技术相比，该复合材料在较低的导电填料填充量下表现出优异的电导率和电磁屏蔽性能，同时保持了良好的力学性能。这为电子元器件、安全防护等领域的应用提供了重要的解决方案。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种聚乳酸/碳纳米管/石墨烯纳米片复合材料及其制备方法。制得的聚乳酸复合材料能够在低复配填料填充含量下表现出高电导率、高电磁屏蔽性能和良好的机械性能。该制备方法简单易行，适合工业化生产应用。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0009]本专利技术提供一种聚乳酸/碳纳米管/石墨烯纳米片复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
[0010]S1：将聚乳酸溶于二氯甲烷，得到油相；将纤维素纳米晶体、石墨烯纳米片和碳纳米管均匀分散于去离子水中，得到水相；将所述水相倒入所述油相中，均质器上8000
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16000rpm乳化1
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5min，得到PLA/CNTs/GNPs皮克林乳液；
[0011]所述二氯甲烷的体积以所述聚乳酸的质量计为8
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12mL/g(优选10mL/g)；所述去离子水的体积以纤维素纳米晶体的质量计为540
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580mL/g(优选562mL/g)；所述纤维素纳米晶体、石墨烯纳米片与碳纳米管的质量比为1
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2：1
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3：1(优选1：1：1)；所述二氯甲烷与所述去离子水的体积比为1：2.5
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3.5(优选1：3.1)；
[0012]步骤S1中乳化为在8000
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16000rpm下乳化1
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5min，转速太慢，会导致乳化效果不明显，不能使填料CNTs和GNPs很好的包覆到PLA表面；太快会破坏填料CNTs和GNPs的长径比和表面形貌，导致填料的不完整性。在本专利技术的一个实施例中为12000rpm下乳化3min。在本专利技术的范围内，可以成功制备乳液。
[0013]S2：将步骤S1所述的PLA/CNTs/GNPs皮克林乳液在300
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700rpm下搅拌12
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36h，待二氯甲烷溶剂挥发后，过滤，所得滤饼烘干，得到P
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PLA/xCNTs/yGNPs粉末母料；
[0014]步骤S2中搅拌桨转速在300
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700rpm下维持12
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36h，以挥发二氯甲烷溶剂。转速过快，会破坏乳液稳定性。P
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PLA/xCNTs/yGNPs粉末母料：其中P代表皮克林乳液模板法，x和y分别表示为CNTs和GNPs占聚合物的质量份数。
[0015]S3:将步骤S2所述的P
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PLA/xCNTs/yGNPs粉末母料与聚乳酸粉末熔融共本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚乳酸/碳纳米管/石墨烯纳米片复合材料的制备方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：S1：将聚乳酸溶于二氯甲烷，得到油相；将纤维素纳米晶体、石墨烯纳米片和碳纳米管均匀分散于去离子水中，得到水相；将所述水相倒入所述油相中，均质器上8000
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16000rpm乳化1
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5min，得到PLA/CNTs/GNPs皮克林乳液；所述二氯甲烷的体积以所述聚乳酸的质量计为8
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12mL/g；所述去离子水的体积以纤维素纳米晶体的质量计为540
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580mL/g；所述纤维素纳米晶体、石墨烯纳米片与碳纳米管的质量比为1
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2：1
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3：1；所述二氯甲烷与所述去离子水的体积比为1：2.5
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3.5；S2：将步骤S1所述的PLA/CNTs/GNPs皮克林乳液在300
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700rpm下搅拌12
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36h，待二氯甲烷溶剂挥发后，过滤，所得滤饼烘干，得到P
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PLA/xCNTs/yGNPs粉末母料；S3:将步骤S2所述的P
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PLA/xCNTs/yGNPs粉末母料与聚乳酸粉末熔融共混，得到所述聚乳酸/碳纳米管/石墨烯纳米片复合材料；所述的P
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PLA/xCNTs/yGNPs粉末母料与聚乳酸粉末的质量比为1：0.43
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9。2.如权利要求1所述的聚乳酸/碳纳米管/石墨烯纳米片复合材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述的聚乳酸为...

【专利技术属性】
技术研发人员：况太荣，张茂林，刘通，郭宏鑫，陈枫，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：