[發明專利]一種球形石墨烯增強的生物塑料及制備方法

在審

• 申請號: 201810667799.8
• 申請日: 2018-06-26
• 公開（公告）號: CN108948685A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 陳慶;昝航
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08K13/06;C08K9/12;C08K7/18;C08K5/12;C08K5/098
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本發明屬于生物塑料的技術領域，提供了一種球形石墨烯增強的生物塑料及制備方法。該方法利用石墨烯的油相特性、二水硫酸鈦溶液的水相特性，利用油包水型乳化劑，在二氧化鈦形成過程中將石墨烯包覆二氧化鈦，同時利用鈦離子向二氧化鈦轉化固化的特性，將石墨烯固定。從而得到球形的石墨烯，極其利于在生物塑料中分散。與傳統方法相比，本發明的制備負載有石墨烯的球形二氧化鈦在生物塑料中分散性好，負載牢固，無團聚現象，能極大改善了力學性能。

技術領域

本發明屬于改性薄膜的技術領域，提供了一種球形石墨烯增強的生物塑料及制備方法。

背景技術

生物降解塑料是一種節能環保新材料。由于含有易被微生物分解的活性基團羥基、酯基、羧基等，當被放在自然環境中在一定溫度和濕度條件下，由于微生物等作用，極易被分解成為水和二氧化碳，從而回歸大自然。其發展最初始于上世紀70年代。經過30多年的發展，儲備了堅實的技術基礎，其技術不斷更新，產品性能不斷提高。但生物塑料的力學性能低一直是該領域難以突破的問題。

石墨烯（是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料，具有優異的光學、電學、力學特性，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。將石墨烯加入橡膠、塑料、涂料等可以大幅提高力學性能。因此，石墨烯填加增強PBS塑料的研究成為目前的研究熱點。

目前國內外在生物塑料改進技術方面得到了快速的發展。尤其是石墨烯增強改性PBS塑料方面已取得了一定成效。其中崔春娜等人發明了一種石墨烯/PBS復合材料（中國發明專利申請號201610688924.4），該石墨烯/PBS復合材料為薄片狀結構，且具有光滑的表面結構，石墨烯/PBS復合材料包括PBS基體以及石墨烯粉體，石墨烯粉體均勻分散于所述PBS基體中，所述石墨烯/PBS復合薄膜中石墨烯的質量含量為0.1％～2.0％；石墨烯/PBS復合材料具有更好的力學性能和耐熱性能，其相對于PBS材料均具有更好的斷裂伸長率，且楊氏模量顯著降低。另外，黃繼濤等人發明了一種溶劑-熔融法相結合制備石墨烯/PBS復合材料的方法（中國發明專利申請號201610688923.X），包括以下步驟：S1，將PBS冷凍處理后并快速粉碎；S2，將石墨烯均勻分散在溶劑中形成混合液；S3，將粉碎后的PBS加入所述混合液中攪拌均勻，使石墨烯均勻的覆蓋在PBS的表面；S4，將步驟S3所獲得的產物干燥；以及S5，將步驟S4所獲得的產物置于120℃的雙輥開煉機進行包輥，直到獲得表面光滑均勻的樣品后逐漸降低輥溫到90℃下片，獲得石墨烯/PBS復合薄膜。

可見，現有技術中的石墨烯填加改性生物塑料的方法，因石墨烯作為一種納米級材料，具有非常高的比表面積，導致其團聚非常嚴重，在由石墨剝離成石墨烯時存在難以分散的缺點，進而影響塑料的力學性能和整體使用性能。為此,如何將石墨烯有效分散于生物塑料成為推動石墨烯在生物塑料增強領域應用的關鍵。

發明內容

針對這種情況，我們提出一種球形石墨烯增強的生物塑料及制備方法，極大改善了石墨烯在生物塑料中的分散性，并且制得的生物塑料力學性能優異。

為實現上述目的，本發明涉及的具體技術方案如下：

一種球形石墨烯增強的生物塑料的制備方法，制備的具體步驟如下：

（1）按照重量份將5～10份的二水硫酸鈦溶解到30-50份的水中，加入1-2份的石墨烯、0.1-0.2份乳化劑，分散均勻，轉入高壓罐，在0.2-2MPa條件下處理1-2h；然后升溫至120℃，保壓12-24h,形成二氧化鈦，并將石墨烯固定在二氧化鈦表面，得到沉淀物；

（2）將步驟（2）得到的沉淀物用蒸餾水清洗，然后噴霧干燥，得到由球形二氧化鈦表面穩定負載石墨烯的球形石墨烯；

（3）將步驟（2）制得的球形石墨烯與生物塑料、抗氧劑、增塑劑、熱穩定劑混合均勻，經擠出機擠出造粒，得到球形石墨烯增強的生物塑料。