[发明专利]一种氧化石墨烯改性聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于包装材料领域，涉及一种聚乳酸包装材料，具体为一种氧化石墨烯改性聚乳酸复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乳酸作为一种绿色高分子材料，其性能与传统塑料相比，聚乳酸具有良好的生物降解性和生物相容性，广泛应用于生物医学工程、涂料、薄膜热塑材料、纺织和包装等工程领域。但聚乳酸具有结晶度低、结晶速率慢、抗高温能力差、抗冲击能力差、耐热性差以及亲水性差等，严重制约其在日用塑料方面的应用。

聚合物基纳米复合材料作为一种新型材料近年来广受关注。与传统聚合物材料相比，只需在聚合物内添加极少量的纳米粒子，就能极大的改善材料的各方面性能。通过改性不仅可以提高聚乳酸的各方面的性能，而且可以降低生产成本，所以大量针对聚乳酸的改性研究工作已经展开。

发明内容

本发明的目的是：为了克服现有技术的缺陷，获得一种具有良好力学性能和热学性能的聚乳酸复合材料，本发明提供了一种氧化石墨烯改性聚乳酸复合材料及其制备方法。

技术方案：一种氧化石墨烯改性聚乳酸复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：玉米茎秆纤维3～19份、水稻茎秆纤维2～15份、棕榈叶纤维4～14份、氧化石墨烯14～26份、高锰酸钾2～8份、硅烷偶联剂1～8份、丙三醇1～6份、双氧水1～7份、L-丙交酯单体8～17份、聚乳酸22～47份。

优选的，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：玉米茎秆纤维16份、水稻茎秆纤维11份、棕榈叶纤维11份、氧化石墨烯22份、高锰酸钾6份、硅烷偶联剂5份、丙三醇4份、双氧水5份、L-丙交酯单体12份、聚乳酸42份。

所述的一种氧化石墨烯改性聚乳酸复合材料的制备方法，包含以下步骤：

(1)采用质量分数为22％～45％的碳酸钠水溶液处理玉米茎秆纤维、水稻茎秆纤维和棕榈叶纤维，反应1.5～4小时；

(2)将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥1～3小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.3Pa～-0.1Pa，温度为68～85℃；

(3)采用质量分数为25％～48％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为40～55℃，时间为1.5～4小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用；

(4)在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比7～11:3～5混合，溶剂为甲苯，在45～55℃条件下反应1～3小时；然后充入氦气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应30～60分钟后室温下冷却；

(5)将步骤(4)处理后的纤维粉末与氧化石墨烯、高锰酸钾、硅烷偶联剂、丙三醇、双氧水和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为180℃～190℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。

优选的，步骤(1)中采用质量分数为38％的碳酸钠水溶液处理玉米茎秆纤维、水稻茎秆纤维和棕榈叶纤维，反应3小时。

优选的，步骤(2)中将步骤(1)处理后的纤维置于烘箱中烘干，并将纤维粉碎，然后置于真空干燥箱内干燥2.5小时，得纤维粉末，其中真空度为-0.2Pa，温度为82℃。

优选的，步骤(3)中采用质量分数为42％的氢氧化钠溶液处理纤维粉末，反应温度为50℃，时间为3小时，反应结束后用去离子水漂洗至中性，风干、备用。

优选的，步骤(4)中在无水、真空状态下，将纤维粉末与L-丙交酯单体按质量比9:4混合，溶剂为甲苯，在52℃条件下反应2小时；然后充入氦气，升温至130℃后，滴入催化剂辛酸亚锡，磁力搅拌，反应50分钟后室温下冷却。

优选的，步骤(5)中将步骤(4)处理后的纤维粉末与氧化石墨烯、高锰酸钾、硅烷偶联剂、丙三醇、双氧水和聚乳酸混合，真空干燥后置于开炼机中，开炼机双辊内温度为187℃，至完全熔融后，转移至平板硫化机上热压成型。

有益效果：(1)本发明所述氧化石墨烯改性聚乳酸复合材料具有良好的结晶度，且结晶速率快而稳定；(2)本发明所述复合材料抗高温性能好，抗冲击能力好，耐热性好，亲水性强。

具体实施方式

实施例1

一种氧化石墨烯改性聚乳酸复合材料，按重量份计，所述复合材料包含以下组分：玉米茎秆纤维3份、水稻茎秆纤维2份、棕榈叶纤维4份、氧化石墨烯14份、高锰酸钾2份、硅烷偶联剂1份、丙三醇1份、双氧水1份、L-丙交酯单体8份、聚乳酸22份。

所述的一种氧化石墨烯改性聚乳酸复合材料的制备方法，包含以下步骤：