[發明專利]一種用于增強生物塑料的石墨烯微片母料及制備方法

在審

• 申請號: 201610189912.7
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105754310A
• 公開（公告）日: 2016-07-13
• 發明（設計）人: 陳慶;葉任海;曾軍堂;陳兵
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L23/08;C08K13/06;C08K9/06;C08K9/04;C08K7/24;C08K5/053;C08K3/04;C08G63/08;C08G63/78
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技術領域

本發明涉及納米材料制備技術領域，特別涉及一種用于增強生物塑料的石墨烯微片母料及制備方法。

背景技術

生物降解塑料是一種可迅速地被酶或微生物分解的高分子物質。生物降解塑料自八十年代問世以來，一直成為新材料研究的熱點問題。目前我國主導的生物降解塑料利用淀粉開發出來，是理想的綠色高分子材料可替代以石油為原料的塑料，成本僅為石油塑料原料的1/5。隨著生物塑料技術的不斷發展，生物降解塑料中淀粉的用量也在不斷提高，降解率越來越高。但是，由于純聚乳酸樹脂材質脆，加工熱穩定性差，限制了其作為工程塑料的應用。如何對聚乳酸樹脂進行增強，成為本行業的新課題。

石墨烯是由一層碳原子組成的二維碳納米材料，是目前已知最薄的二維材料，其厚度僅為0.335nm，它由六邊形的晶格組成，可以看作是一層被剝離的石墨片層。石墨烯具有優異的結構剛性，使石墨烯擁有十分廣闊的發展前景。而使用石墨烯摻雜高分子材料在功能高分子材料領域已越來越成為研究熱點。

中國專利公開號103467943A提供了一種玻璃纖維增強聚乳酸生物塑料，由下述組分按重量份組成：聚乳酸樹脂50-70份，玻璃纖維30-50份，偶聯劑0.6-1.0份。本發明的玻璃纖維增強聚乳酸生物塑料，提高了聚乳酸樹脂的力學性能。但該法的缺點在于玻璃纖維表面光滑，需要通過改性才能與聚乳酸樹脂鍵合形成增強作用，而玻璃纖維柔順性差，沒有改善聚乳酸樹脂的加工性能。

中國專利公開號102030830A公開了竹纖維納米晶增強生物復合材料及其制備方法。將淀粉或者蛋白質基體材料加入甘油/水中，在30-80℃條件下攪拌均勻，加入上述竹纖維納米晶懸浮液，繼續攪拌0.5-3小時后，放入模具中在30-80℃條件下流延成型。納米晶的加入大大提高了生物材料的力學強度。本方法利用可再生資源制備可降解材料，成本低廉，合成工藝簡單，合成過程綠色無污染，所得的產品綠色環保，而且具有良好的生物相容性。但是，該方法竹纖維制備工藝復雜，制備周期長，使用設備昂貴，而且竹纖維納米晶在生物材料中的分散也難做到均勻分布，可能導致成品率低。

中國專利公開號101484628公開了一種提高纖維的強度和剛度的方法。該方法將石墨烯片粘附至碳絲束或紗線之中或之上以形成改性纖維，其中納米增強材料粘附或截留在碳絲束中。改性的樹脂纖維相對于未改性樹脂的纖維剛度和強度性能提高顯著，但是石墨烯的成本較高，不利于大規模生產推廣。

綜上所述，現有技術中還沒有一種生產原料成本低廉，并且能夠有效改善生物塑料低強度、耐高溫性差、熱加工性差的缺陷的技術手段。

發明內容

為了解決上述方法的不足和缺陷，本發明開發出一種用于增強生物塑料的石墨烯微片母料及制備方法。本發明通過溶劑將乳酸單體輸送到石墨層與層之間，靜置一預設時間，獲得改性石墨，再加入縮聚反應引發劑，將乳酸單體通過聚合反應在石墨層間原位獲得聚乳酸高分子，增大石墨層間距離，降低石墨層間作用力，得到石墨烯微片/聚乳酸高分子的交替疊層復合材料，而后通過施加剪切力作用于石墨烯微片/聚乳酸高分子的交替疊層復合材料，自然冷卻得到初級石墨烯聚乳酸復合母料，而后通過螺桿擠出機剪切剝離、擠出造粒得到石墨烯聚乳酸復合母料。

一方面，本發明提供一種用于增強生物塑料的石墨烯微片母料，所述母料由包括如下重量份數的原料制備而成：

石墨32-46份，

乳酸單體50-66份，

增塑劑1-2份，

增容劑1-2份，

其中，所述石墨為致密結晶狀石墨，鱗片石墨、膨脹石墨或可膨脹石墨中的一種或幾種，所述增容劑為乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一種，所述增塑劑為亞烷基二醇。

可選的，所述母料的結構為石墨烯微片與聚乳酸交替疊層包裹結構。

另一方面，本發明提供一種剝離石墨制備石墨烯的方法，所述方法包括以下步驟：

一種用于增強生物塑料的石墨烯微片母料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

a.將50-66份乳酸單體與適量表面活性劑溶入溶劑中，再將32-46份石墨浸沒在所述溶劑中，通過所述溶劑將所述乳酸單體輸送到石墨層與層之間，靜置一預設時間后，獲得改性石墨；

b.將0-1重量份縮聚反應引發劑、1-2重量份增塑劑和1-2重量份增溶劑加入溶劑中，引發乳酸單體發生縮聚反應，增加石墨層與層之間的間隙，降低石墨層間作用力，得到石墨烯微片/聚乳酸高分子的交替疊層復合材料；