本發(fā)明屬于高耐熱性可降解材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加迅猛，但由此所帶來的石油危機(jī)問題和環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，因此開發(fā)可降解生物高分子材料具有重要戰(zhàn)略意義。聚乳酸(PLA)兼具生物來源和完全可降解兩大特性，并因突出的綜合性能和逐漸降低的生產(chǎn)成本，將成為替代傳統(tǒng)石油基塑料最為理想的環(huán)境友好型高分子材料。目前，PLA已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在生物醫(yī)藥和環(huán)保等領(lǐng)域，但是由于其內(nèi)在脆性、結(jié)晶速率緩慢、熱穩(wěn)定性差等問題，嚴(yán)重限制了其在更加廣泛的領(lǐng)域中的應(yīng)用。聚乳酸的結(jié)晶行為同其力學(xué)性能、降解性能以及耐熱性等都直接相關(guān)，改善聚乳酸的結(jié)晶性能可以對聚乳酸的廣泛應(yīng)用起到良好的推動作用。因此如何有效地加快PLA的結(jié)晶速度、提高PLA的耐熱性能有著重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法，解決了現(xiàn)有PLA結(jié)晶速率緩慢和低耐熱性的問題。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法，具體為，首先制備多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑，然后采用制備好的成核劑與PLA制備成多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料。

本發(fā)明的特點還在于：

多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑的制備方法具體為：首先，以PEG為增塑劑，SA為高溫分解組分，以氧化石墨烯為載體，其中PEG占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30-50％，SA占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10-30％，氧化石墨烯占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20-60％，以上各組分含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％；利用有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置進(jìn)行氧化石墨、PEG、SA三者熔融共混，從而得到氧化石墨烯/PEG-SA共混物，然后通過馬弗爐對氧化石墨烯/PEG-SA共混物進(jìn)行高溫快速處理，由于高溫處理使得氧化石墨烯的過氧基團(tuán)迅速脫離而留下了大量的空洞，同時低分解溫度的SA分解產(chǎn)生大量的氣體膨脹使得多孔石墨烯分散均勻，最終制得多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑。

有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置中熱壓腔體溫度40-70℃之間，超聲功率為150-300W，振蕩時間5-20min，真空泵的相對真空度20-40kPa。

馬弗爐對氧化石墨烯/PEG-SA共混物進(jìn)行高溫快速處理時，馬沸爐溫度300-450℃，處理時間30-120s。

多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑與PLA通過雙螺桿擠出機(jī)熔融混合制備得到多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料，其中，熔融溫度160-200℃，多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-7％，PLA占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93-99％，以上各組分含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)之和為100％。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法，利用低分子量的PEG作為增塑劑，增大分子鏈間的間隙，提高分子鏈的運動能力，多孔石墨烯作為異相成核點，在有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置中超聲振蕩耦合真空灌注作用下制備了多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑，通過有機(jī)-無機(jī)的交互作用，以此來改善PLA的結(jié)晶性能，從而增強PLA的耐熱性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法中氧化石墨烯/PEG-SA共混物的宏觀圖；

圖2是本發(fā)明一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法中氧化石墨烯/PEG-SA共混物的微觀圖；

圖3是本發(fā)明一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法中多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑的宏觀圖；

圖4是本發(fā)明一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法中多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑的微觀圖；

圖5是本發(fā)明一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法中多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的熱變形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例1

本發(fā)明一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法，首先制備多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑：

以PEG(聚乙二醇)為增塑劑，SA(硬脂酸)為高溫分解組分，以氧化石墨烯為載體，其中PEG占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％，SA占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10％，氧化石墨烯占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60％；利用有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置進(jìn)行氧化石墨、PEG、SA三者熔融共混，從而得到氧化石墨烯/PEG-SA共混物，氧化石墨烯/PEG-SA共混物宏觀圖如圖1所示，微觀圖如圖2所示，然后通過馬弗爐對氧化石墨烯/PEG-SA共混物進(jìn)行高溫快速處理，馬沸爐溫度300℃，處理時間120s，由于高溫處理使得氧化石墨烯的過氧基團(tuán)(-COOH、-OH)迅速脫離而留下了大量的空洞，同時低分解溫度的SA分解產(chǎn)生大量的氣體膨脹使得多孔石墨烯分散均勻，最終制得多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑，多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑的宏觀圖如圖3所示，微觀圖如圖4所示。

本發(fā)明中所采用的有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置為申請?zhí)枮椋?015204073124，申請日為：2015.06.12，公告號為：204727838，公告日為：2015.10.28的專利所保護(hù)的裝置，有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置中熱壓腔體溫度40℃之間，超聲功率為200W，振蕩時間13min,真空泵的相對真空度30kPa。

然后采用制備好的多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑與PLA(聚乳酸)通過雙螺桿擠出機(jī)熔融混合制備得到多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料，其中，熔融溫度160℃，多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1％，PLA占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99％。

實施例2

本發(fā)明一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法，首先制備多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑：

以PEG(聚乙二醇)為增塑劑，SA(硬脂酸)為高溫分解組分，以氧化石墨烯為載體，其中PEG占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50％，SA占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％，氧化石墨烯占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％；利用有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置進(jìn)行氧化石墨、PEG、SA三者熔融共混，從而得到氧化石墨烯/PEG-SA共混物，然后通過馬弗爐對氧化石墨烯/PEG-SA共混物進(jìn)行高溫快速處理，馬沸爐溫度400℃，處理時間70s，由于高溫處理使得氧化石墨烯的過氧基團(tuán)(-COOH、-OH)迅速脫離而留下了大量的空洞，同時低分解溫度的SA分解產(chǎn)生大量的氣體膨脹使得多孔石墨烯分散均勻，最終制得多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑。

本發(fā)明中所采用的有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置為申請?zhí)枮椋?015204073124，申請日為：2015.06.12，公告號為：204727838，公告日為：2015.10.28的專利所保護(hù)的裝置，有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置中熱壓腔體溫度60℃之間，超聲功率為300W，振蕩時間20min,真空泵的相對真空度20kPa。

然后采用制備好的多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑與PLA(聚乳酸)通過雙螺桿擠出機(jī)熔融混合制備得到多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料，其中，熔融溫度180℃，多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％，PLA占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為96％。

實施例3

本發(fā)明一種多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的制備方法，首先制備多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑：

以PEG(聚乙二醇)為增塑劑，SA(硬脂酸)為高溫分解組分，以氧化石墨烯為載體，其中PEG占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％，SA占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％，氧化石墨烯占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40％；利用有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置進(jìn)行氧化石墨、PEG、SA三者熔融共混，從而得到氧化石墨烯/PEG-SA共混物，然后通過馬弗爐對氧化石墨烯/PEG-SA共混物進(jìn)行高溫快速處理，馬沸爐溫度450℃，處理時間30s，由于高溫處理使得氧化石墨烯的過氧基團(tuán)(-COOH、-OH)迅速脫離而留下了大量的空洞，同時低分解溫度的SA分解產(chǎn)生大量的氣體膨脹使得多孔石墨烯分散均勻，最終制得多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑。

本發(fā)明中所采用的有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置為申請?zhí)枮椋?015204073124，申請日為：2015.06.12，公告號為：204727838，公告日為：2015.10.28的專利所保護(hù)的裝置，有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置中熱壓腔體溫度70℃之間，超聲功率為150W，振蕩時間5min,真空泵的相對真空度40kPa。

然后采用制備好的多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑與PLA(聚乳酸)通過雙螺桿擠出機(jī)熔融混合制備得到多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料，其中，熔融溫度200℃，多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7％，PLA占質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93％。

聚乳酸(PLA)兼具生物來源和完全可降解兩大特性，并因突出的綜合性能和逐漸降低的生產(chǎn)成本，將成為替代傳統(tǒng)石油基塑料最為理想的環(huán)境友好型高分子材料。目前，PLA已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在生物醫(yī)藥和環(huán)保等領(lǐng)域，但是其結(jié)晶速率緩慢和結(jié)晶度低導(dǎo)致耐熱性差而嚴(yán)重限制了其在更加廣泛的領(lǐng)域中的應(yīng)用。因此，改善聚乳酸的結(jié)晶性能可以對聚乳酸的廣泛應(yīng)用起到良好的推動作用。本申請利用低分子量的PEG作為增塑劑，增大分子鏈間的間隙，提高分子鏈的運動能力，多孔石墨烯作為異相成核點，在有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置中超聲振蕩耦合真空灌注作用下制備了多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑，通過有機(jī)-無機(jī)的交互作用，以此來改善PLA的結(jié)晶性能，從而增強PLA的耐熱性能。

高熱穩(wěn)定性的納米多孔石墨烯在成型過程中極易團(tuán)聚而無法充分發(fā)揮其誘導(dǎo)結(jié)晶作用，有機(jī)低分子PEG在聚合物制品的使用過程中受熱會發(fā)生緩慢遷移而影響最終制品使用。本發(fā)明利用有機(jī)復(fù)合相變儲能材料的可控制備裝置進(jìn)行氧化石墨、PEG和SA的低溫共混，使各組分分散均勻從而研制出高分散的氧化石墨烯/PEG-SA共混物。

如圖5所示為多孔石墨烯/PEG-SA/PLA復(fù)合材料的熱變形(維卡軟化點)圖，其中，圖中A為純的PLA材料的熱變形溫度，B、C和D分別為添加了1％、4％和7％多孔石墨烯/PEG-SA復(fù)配成核劑的PLA復(fù)合材料的熱變形溫度，由圖可以發(fā)現(xiàn)，添加了復(fù)配成核劑的PLA耐熱性顯著提高，其添加在4％左右耐熱變形效果最佳。