石墨烯/聚乳酸复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯/聚乳酸复合材料，包括聚乳酸和氧化石墨烯，所述氧化石墨烯占所述聚乳酸的质量百分数为0.1％～5％。本发明专利技术还提供了一种石墨烯/聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；b)搅拌的条件下，将聚乳酸溶液加入到所述氧化石墨烯分散液中，将搅拌均匀的混合溶液静置分层，过滤后得到母料；c)将所述母料与聚乳酸共混，得到石墨烯/聚乳酸复合材料。实验表明，本发明专利技术提供的石墨烯/聚乳酸复合材料的拉伸强度可达79MPa、拉伸弹性模量可达3100MPa、缺口冲击强度可达12kJ/m2、热变形温度可达95℃。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高分子复合材料
，尤其涉及一种。
技术介绍
聚乳酸是通过乳酸缩合或丙交酯开环聚合得到的一种可生物降解聚合物，除了具有原料来源广泛且可再生、生产过程无污染等优点外，聚乳酸具有良好的生物相容性、光泽度和透明性，还具有一定的耐菌性、阻燃性和抗紫外性，广泛用作包装材料、医用材料、纤维、非织造物等应用于服装、造纸、建筑、生物医学等领域。但是，聚乳酸的脆性较大，缺口冲击强度不足3kJ/m2;其耐热性能也较差，热变形温度仅为60°C左右，这两个缺点限制了聚乳酸在工程结构材料方面的应用。为了扩大聚乳酸的应用范围，现有技术公开了多种改善聚乳酸材料的性能的方法，其中，改善其耐热性能的方法主要包括对聚乳酸进行退火处理提高其结晶度，利用纤维对其进行增强或者使聚乳酸材料交联等；提高其韧性的方法主要是将聚乳酸与高韧性的橡胶或弹性体共混。如，Nagasawa N.和Mitomo H.通过辐射交联的方法大幅度提升了聚乳酸的耐热性能(Nagasawa N. ，Kaneda A. ，Kanazawa S. ，Yagi T. ，Mitomo H. ，Yoshii F.， Tamada M. NuclearInstruments & Methods in Physics Research 2005, B236 :611 ；Mitomo H. , KanedaA. , Quynh Τ. Μ. , Nagasawa N. ，Yoshii F. Polymer 2005,46 :4695), {0 , Sft^ 法只能提高聚乳酸的耐热性能，对其冲击韧性的改善并不明显。又如，全球最大的聚乳酸生产商NatureWorks用一种牌号为BlendexTM338的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯与聚乳酸共混， 得到的复合材料的缺口冲击强度达到50kJ/m2以上，但该复合材料的耐热性能依然较差，而且其强度和刚性均有一定程度的损失。石墨烯是具有单层碳原子厚度的、由碳原子呈二维蜂窝状晶格结构排列的一种新型碳质材料，被认为是所有其他维数碳质材料的基本组成单元，可以翘曲成零维的富勒烯，卷曲成一维的碳纳米管或堆垛成三维的石墨等。自2004年英国曼彻斯特大学的Andre K. Geim和其同事首次制备出石墨烯以来，石墨烯材料便迅速成为全球范围内物理及化学领域的研究热点之一。石墨烯是由碳原子以SP2杂化结合成的单原子碳层，结构非常稳定，具有优异的力学性能、奇特的电学性质和良好的热学性质。本专利技术人考虑，将石墨烯与聚乳酸材料共混，可以同时改善聚乳酸材料的冲击韧性和耐热性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种，本专利技术提供的石墨烯/聚乳酸复合材料具有良好的韧性、强度和耐热性能。本专利技术提供了一种石墨烯/聚乳酸复合材料，包括聚乳酸和氧化石墨烯，所述氧化石墨烯占所述聚乳酸的质量百分数为0. 1 % 5 %。本专利技术还提供了一种石墨烯/聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤a)将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；b)搅拌的条件下，将聚乳酸溶液加入到所述氧化石墨烯分散液中，将搅拌均勻的混合溶液静置分层，过滤后得到母料；c)将所述母料与聚乳酸共混，得到石墨烯/聚乳酸复合材料。优选的，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0. lmg/mL 5. Omg/mL。优选的，所述聚乳酸溶液的浓度为0. lg/mL 0. 15g/mL。优选的，所述氧化石墨烯分散液与所述聚乳酸溶液的体积比为1 20 1。优选的，所述母料与所述聚乳酸的质量比为1 1 100。优选的，所述步骤b)中，所述搅拌的温度为50°C 70°C。优选的，所述步骤b)中，所述搅拌的时间为4h 他。优选的，所述氧化石墨烯按照以下方法制备以过硫酸钾、五氧化二磷和浓硫酸为氧化剂对石墨进行预氧化；以浓硫酸、高锰酸钾和双氧水为氧化剂对所述预氧化后的石墨进行氧化，得到氧化石墨烯。优选的，所述聚乳酸溶液为聚乳酸的四氢呋喃溶液、聚乳酸的三氯甲烷溶液或聚乳酸的氯仿溶液。与现有技术相比，本专利技术首先将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；然后在搅拌的条件下将聚乳酸溶液加入到所述氧化石墨烯分散液中，搅拌均勻后静置分层，将下层沉淀干燥后得到包括氧化石墨烯和聚乳酸的母料；将所述母料与聚乳酸共混后，即可得到石墨烯/聚乳酸复合材料，其中，氧化石墨烯占所述聚乳酸的质量百分数为 0. 5%。本专利技术首先将氧化石墨烯分散于与聚乳酸溶液充分混合制成母料，然后再将母料与聚乳酸共混制备得到石墨烯/聚乳酸复合材料，由于石墨烯具有优异的力学性能、 奇特的电学性质和良好的热学性质，得到的石墨烯/聚乳酸复合材料也具有良好的耐热性能、韧性和强度。实验表明，本专利技术提供的石墨烯/聚乳酸复合材料的拉伸强度可达79MPa、 拉伸弹性模量可达3100MPa、缺口冲击强度可达12kJ/m2、热变形温度可达95°C。此外，本专利技术提供的方法将氧化石墨烯均勻分散在聚乳酸中，不会发生集聚现象， 方法简单，易于实现石墨烯/聚乳酸复合材料的大规模生产。附图说明图1为本专利技术提供的石墨烯/聚乳酸复合材料的制备方法的工艺流程图。 具体实施例方式本专利技术提供了一种石墨烯/聚乳酸复合材料，包括聚乳酸和氧化石墨烯，所述氧化石墨烯占所述聚乳酸的质量百分数为0. 1 % 5 %。氧化石墨烯是采用氧化还原法制备石墨烯的中间产物，其具有与石墨烯相似的力学性能、电学性质和热学性质，可以代替石墨烯与聚乳酸进行共混制备复合材料。本专利技术对所述氧化石墨烯没有特殊限制，可以按照本领域技术人员熟知的方法制备，也可以从市场上购买。按照本专利技术，所述聚乳酸优选为聚(L-乳酸)。所述聚乳酸的分子量优选为50000以上，更优选为80000以上，最优选为100000以上。所述聚乳酸的分子量分布优选为1. 1 1.5，更优选为1.2 1.4。在所述石墨烯/聚乳酸复合材料中，聚乳酸为基质，氧化石墨烯为改性剂，氧化石墨烯占所述聚乳酸的质量百分数为0. 1 % 5 %，优选为0. 15 % 4 %，更优选为0. 2 % 3%，最优选为0. 25% 2%。本专利技术提供的石墨烯/聚乳酸复合材料具有良好的耐热性能、韧性和强度。实验表明，本专利技术提供的石墨烯/聚乳酸复合材料的拉伸强度可达79MPa、拉伸弹性模量可达 3100MPa、缺口冲击强度可达12kJ/m2、热变形温度可达95°C。本专利技术还提供了一种石墨烯/聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤a)将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；b)搅拌的条件下，将聚乳酸溶液加入到所述氧化石墨烯分散液中，将搅拌均勻的混合溶液静置分层，过滤后得到母料；c)将所述母料与聚乳酸共混，得到石墨烯/聚乳酸复合材料。与石墨烯类似，氧化石墨烯为由碳六元环组成具有二维单原子层平面结构的材料，极易发生团聚。本专利技术首先将氧化石墨烯分散于水中，制备得到氧化石墨烯分散液。为了使氧化石墨烯分散均勻，本专利技术优选采用超声的方法将氧化石墨烯分散于水中，得到胶体分散液。所述胶体分散液的浓度优选为0. lmg/mL 5. Omg/mL,更优选为0. 5mg/mL 4. 5mg/mL,最优选为 1. Omg/mL 4. Omg/mL。本专利技术对所述氧化石墨烯的来源没有特殊限制，优选为按照以下方法制本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种石墨烯／聚乳酸复合材料，包括聚乳酸和氧化石墨烯，所述氧化石墨烯占所述聚乳酸的质量百分数为０．１％～５％。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/聚乳酸复合材料，包括聚乳酸和氧化石墨烯，所述氧化石墨烯占所述聚乳酸的质量百分数为0. 1% 5%。2.权利要求1所述的石墨烯/聚乳酸复合材料的制备方法，包括以下步骤a)将氧化石墨烯分散于水中，得到氧化石墨烯分散液；b)搅拌的条件下，将聚乳酸溶液加入到所述氧化石墨烯分散液中，将搅拌均勻的混合溶液静置分层，过滤后得到母料；c)将所述母料与聚乳酸共混，得到石墨烯/聚乳酸复合材料。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化石墨烯分散液的浓度为0.Img/ mL 5. 0mg/mLo4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述聚乳酸溶液的浓度为0.lg/mL 0.15g/mL。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述氧化石...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓鹏飏，尹园，郑春柏，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：82