[發明專利]一種高氣體阻隔PET材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202210809665.1
• 申請日: 2022-07-11
• 公開（公告）號: CN114989580B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發明（設計）人: 趙天寶;陳寶書;袁詩琳;劉帥
• 申請（專利權）人: 成都瑞琦醫療科技有限責任公司
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08K7/00;C08K3/28;C08J3/22
• 代理公司: 成都睿道專利代理事務所(普通合伙) 51217
• 代理人: 許立

本發明涉及材料技術領域，公開了一種高氣體阻隔PET材料及其制備方法，各組分按重量份數計，包括PET樹脂60～90份、PET/C₃N₄?SC?CO₂10～40份；PET/C₃N₄?SC?CO₂為PET/g?C₃N₄經超臨界CO₂處理后的復合母粒；其制備方法為，復合母粒經粉碎后，與PET樹脂/包含有PET的混合樹脂共混，再經熔融擠出造粒，得到PET材料。本發明將PET/g?C₃N₄母粒進行超臨界CO₂處理，使聚合物中片層結構的g?C₃N₄層間距增加，并進一步使團聚的塊狀g?C₃N₄剝離成片層狀，得到粒徑小、分散性好的復合材料，在無機填料添加量少的情況下得到氣體阻隔性能較好的復合材料。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，具體地說，涉及一種高氣體阻隔PET材料及其制備方法。

背景技術

聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是由對苯二甲酸與乙二醇縮聚而成，由于其具有良好的透明性、化學穩定性好、力學強度高、可回收利用等優點，在食品、藥品包裝、柔性可穿戴器件、太陽能電池等領域中有廣泛的應用。在這些應用過程中，目前還存在的共性問題是PET的阻隔性能不足，從而影響最終制品的性能。據統計，在全世界由于包裝材料的阻隔性能不夠高而引起的農業食品類的損失大概占總產量的20％；在我國，每年約有20％的蔬菜水果等生鮮食品也會因為在運輸過程中缺少高阻隔性能的包裝材料造成高達4000億元的損失。因此，高性能的阻隔材料是一個具有重要現實意義和經濟價值研究趨勢。

現有用以提高聚合物氣體阻隔性的研究主要集中于：(1)與其他阻隔材料多層復合；(2)表面特殊處理(表面涂層、等離子沉積等)；(3)與其他阻隔型樹脂共混改性；(4)無機材料復合改性。將具有高比面積的無機填料如石墨烯、蒙脫土、氮化硼或g-C₃N₄等加入到PET中，能夠有效延長基體的氣體通過路徑，從而提高PET的阻隔性能。

無機材料復合改性與其他改性方法相比，具有操作簡便易實施且效果佳的特點，但同時無機填料在加工過程中易產生團聚現象，使填料在聚合物基體中分散性降低的同時，復合材料的阻隔性能及力學性能大大下降。如石墨烯片層(GNs)是一種具有抗滲透性能的二維片層碳材料，可以有效提升聚合物的阻隔性能，成為近年來研究的熱點。但是，由于石墨烯片層之間較強的范德華力作用，石墨烯很容易團聚在聚合物基體中，且石墨烯本身價格較為昂貴，不適用于大規模使用。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有來源廣泛、制備簡單的優點，同時其也是二維片層材料，可將其應用于提高聚合物阻隔性能方面。但由于加入的無機填料g-C₃N₄為微納米級，在制備或加工過程中容易造成g-C₃N₄團聚，導致最終得到的復合物性能大幅下降。

針對上述不足，目前已有研究者利用超臨界二氧化碳來進行二維層狀材料的剝離制備，但往往是置于溶液中處理或輔以其他處理過程，過程較為復雜，且操作過程中需要對SC?CO₂處理壓力及溫度等參數控制度高，所需設備也較為復雜。如Pu等人使用SC?CO₂對石墨粉進行剝離，將其置于十二烷基磺酸鈉的水溶液中快速卸壓放氣，石墨發生膨脹后便得到了石墨烯納米薄片。Wang等人使SC?CO₂分子在二維材料層間聚集，增大層面間距并減弱層間作用力，同時利用超聲產生的震動使石墨烯、氮化硼、二硫化鉬和二硫化鎢等二維材料得到了成功的剝離。盡管以上研究者利用SC?CO₂技術將層狀材料成功進行了剝離，但剝離程度不高。這是由于CO₂分子在液體中溶解度十分有限，在高壓下將層狀材料置于溶液中進行SC?CO₂處理，氣體分子也不易滲透進無機材料層間。

發明內容