[發明專利]一種聚乳酸功能化石墨烯的制備方法

無效

• 申請號: 201310014735.5
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103086367A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 徐志偉;李文肖;岳夢瑤;單明景;郭啟微;買巍;楊彩云;錢曉明
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學欣

技術領域

本發明屬于碳納米材料改性技術領域，特別是涉及一種以氧化石墨烯(GO)為引發劑，通過乳酸縮聚，一步法制備聚乳酸功能化石墨烯(GO-g-PLA)的方法。

背景技術

聚乳酸是可生物降解聚合物中的典型代表，屬于聚α羥基酸衍生物，具有較好的力學性能、生物相容性和可降解性，但韌性差、強度低等缺點限制了它的廣泛應用。石墨烯自2004年被發現以來，以其優異的力學性能、超高的比表面和表面豐富的官能團等特征，已在聚合物增強、增韌方面顯示出巨大的潛能。研究表明，添加少量的石墨烯就能在聚合物基體中形成交叉的網絡結構，有效地提高材料的各方面性能，因此利用聚乳酸改性石墨烯受到了格外的關注和重視，目前已成為新型材料領域研發的重點和熱點。但是由于石墨烯具有較大的比表面積和表面自由能，在分子間作用力的相互作用下，很容易形成尺寸較大的團聚體，而且石墨烯是單一碳原子通過sp³和sp²雜化組成的，化學活性低，與聚乳酸基體復合時很難形成牢固穩定的界面結合。因此，當以石墨烯作為增強材料制備復合材料時，石墨烯首先要經過表面改性，以降低表面能，減少團聚，提高分散性；并改善其與基體之間的潤濕性，提高界面結合強度。

目前各國的研究人員在石墨烯功能化方面做了大量研究，也取得了一系列的成果，但在如何簡捷、高效地對石墨烯進行改性，使其與基體有更好的相容性方面仍然存在一些問題，尋找高效、快捷的石墨烯改性方法對于石墨烯的廣泛應用具有積極的促進作用。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種可有效提高石墨烯在有機溶劑中的分散性，并增強其與聚乳酸基體的界面結合強度的聚乳酸功能化石墨烯的制備方法。

為了達到上述目的，本發明提供的聚乳酸功能化石墨烯的制備方法包括按順序進行的下列步驟：

1)采用改進的Hummers方法將石墨制備成氧化石墨，然后將氧化石墨洗滌干燥后溶解在去離子水中，之后超聲振蕩而將氧化石墨剝離，最后經干燥得到粉末狀氧化石墨烯；

2)將乳酸置于反應器皿中，然后置于油浴鍋中減壓蒸餾，得到無水乳酸；

3)將上述無水乳酸與氧化石墨烯以20∶1～320∶1的質量比混合，升溫至160℃～190℃，加入催化劑，在≤100Pa的真空度下熔融縮聚，反應結束后進行冷卻，之后用三氯甲烷反復溶解，以洗去未與石墨烯共價結合的聚乳酸，最終得到所述的聚乳酸功能化石墨烯(GO-g-PLA)。

所述的步驟1)中氧化石墨在去離子水中的溶解濃度為1mg/ml～3mg/ml，超聲振蕩的功率為100w～1000w，超聲振蕩時間為2h～5h，干燥溫度為-60℃～80℃。

所述的步驟2)中油浴的溫度為90℃～120℃，減壓蒸餾時間為2h～5h。

所述的步驟3)中催化劑為辛酸亞錫或氯化亞錫，無水乳酸與催化劑的質量比為1000∶1～50∶1，熔融縮聚時間為5h～24h。

本發明提供的聚乳酸功能化石墨烯的制備方法是以氧化石墨烯作為引發劑，通過乳酸縮聚，一步法將聚乳酸接枝到氧化石墨烯的表面。該方法無需對石墨烯進行預處理，乳酸縮聚處理過程相對簡單，容易實現，且成本較低。此外，氧化石墨烯表面羧基、羥基等含氧官能團豐富，經過簡單的處理，即可得到較高的接枝率。

附圖說明

圖1為本發明實施例1-3提供的GO-g-PLA熱重分析(TG)圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明提供的聚乳酸功能化石墨烯的制備方法進行詳細說明。

實施例1：

首先按照改進的Hummers方法將石墨制備成氧化石墨，具體方法是將21g質量比為1∶6的鱗片石墨/高錳酸鉀混合固體緩慢加入到體積比為9∶1的400mL?H₂SO₄/H₃PO₄混合溶液中，待混合均勻后，放置在50℃恒溫水浴鍋中持續攪拌12h，之后倒入H₂O₂冰浴中，靜置24h，然后用去離子水反復離心洗滌至中性，之后在45℃的溫度下真空干燥而得到氧化石墨。將上述氧化石墨配置成1mg/ml的氧化石墨水溶液，然后在常溫下超聲振蕩2.5h而將氧化石墨剝離，最后在-50℃的溫度下冷凍干燥而得到粉末狀氧化石墨烯。

之后在250ml反應瓶中加入120ml乳酸，然后置于100℃的油浴鍋中，在300Pa的真空度下減壓蒸餾脫水3h，得到無水乳酸。