[发明专利]一种多功能石墨烯/PET复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能石墨烯/PET复合膜及其制备方法。该石墨烯/PET复合膜由石墨烯/PET纳米复合材料经熔融流延成膜制得，石墨烯/PET纳米复合材料是通过在PET前驱体中加入褶球状氧化石墨烯和催化剂，进行原位缩聚得到。本发明方法避免了酯化阶段中氧化石墨烯的堆叠，大大节约了成本，提高了生产效率。所得石墨烯在聚合物基体中分散性好，在添加少量石墨烯后，复合膜的紫外防护性、防静电性、氧气隔绝性和水汽隔绝性均有显著提高。本发明所涉及制备工艺简单有效，所得复合材料性能优越，可被用于防紫外保护膜、食品包装、防护卷材等。

技术领域

本发明属于膜材料领域，尤其涉及一种多功能石墨烯/PET复合膜及其制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜是一种性能比较全面的包装薄膜。其透明性好，有光泽；具有良好的气密性和保香性；防潮性中等，在低温下透湿率下降。PET薄膜的机械性能优良，其强韧性是所有热塑性塑料中最好的，抗张强度和抗冲击强度比一般薄膜高得多；且挺力好，尺寸稳定，适于印刷、纸袋等二次加工。PET薄膜还具有优良的耐热、耐寒性和良好的耐化学药品性和耐油性。但对于许多特殊应用领域，如防紫外膜，高阻隔膜，防静电膜等，单纯的PET材料难以满足要求。

石墨烯是新世纪来最受关注的新材料之一，因其具有超高的比表面积、优异的力学性能、高导电率、高导热率和高阻隔性而在诸多领域具有广泛应用前景。在复合材料领域，加入少量石墨烯可同时提高材料的多项性能，具有超高的性价比，这使其在复合材料方面得到广泛研究。因此，在PET中引入石墨烯具有广阔的应用前景。但石墨烯容易团聚，会重新形成石墨堆叠结构，不仅会严重影响膜的均匀性和光泽度，还会对膜的强度等参数产生影响，甚至使膜出现破孔等缺陷，无法连续化生产。虽然可以通过添加分散剂和进行表面修饰的方法来促进石墨烯的分散性和降低石墨烯的堆叠，但是这些方法提高了石墨烯的成本，并且引入了新的成分。专利201510514154.7《氧化石墨烯改性PET材料的制备方法》采用在酯化前将氧化石墨烯加入氧化石墨烯水溶液，一方面水的加入对酯化和缩聚会产生影响，另一方面酯化阶段氧化石墨烯发生还原，可能产生堆叠，降低性能。专利201280033203.X《聚对苯二甲酸乙二酯-石墨烯纳米复合物》将石墨烯纳米片加入PET聚合体系，多层石墨烯使得添加量较高(2～15％)，而且由于没有官能团存在，石墨烯在聚合过程中会发生二次堆叠，形成不相容的缺陷点。专利201610111707.9《PET基石墨烯复合材料、其制备方法及浮空器》先将氧化石墨烯用乙二醇改性，再与PET单体进行酯化或酯交换，最后缩聚得到复合材料，虽然通过改性的方式提高了石墨烯与PET聚合体系的相容性，并且使石墨烯与PET产生共价接枝，但是在酯化过程中，氧化石墨烯仍旧会不可避免地发生堆叠，且制备过程复杂，整体生产的成本高，不适合实际生产。因此，需要发掘一种全新的工艺，从分子尺度降低石墨烯的堆叠，从而得到均匀、高强、性能优越的符合膜材料。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种石墨烯/PET复合膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯/PET复合膜的制备方法，其特征在于，该方法为：将100重量份的石墨烯/PET纳米复合材料和0～10重量份的助剂混合均匀后，经熔融流延成膜，即得到本发明多功能石墨烯/PET复合膜。

进一步地，所述助剂由抗氧化剂、无机填充剂、增韧剂、光泽改善助剂中的一种或多种按照任意配比组成。所述熔融流延成膜温度为250～280℃，螺杆转速为40～300rpm，牵引速度为1～50m/min。

进一步地，所述石墨烯/PET纳米复合材料由以下步骤制备进行：

(1)通过雾化干燥法将尺寸为1～50微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到褶球状氧化石墨烯，其碳氧比为2.5～5；

(2)将100重量份对苯二甲酸、48～67重量份乙二醇、0.02质量份醋酸钠充分混合搅拌，在250℃下进行酯化反应；