[发明专利]一种可降解包装塑料用的高阻隔石墨烯母料及制备方法

说明书

本发明属于可降解塑料的技术领域，具体提供了一种可降解包装塑料用的高阻隔石墨烯母料及制备方法。通过制备荷负电的聚丙烯酸修饰的石墨烯，再与水滑石结合，将PAA‑石墨烯均匀与水滑石叠合，且结合紧密，不易脱落，降低了石墨烯二次团聚的概率，层状结构的石墨烯与水滑石在薄膜基体内分散均匀，可显著提升可降解包装塑料的阻隔性能。

技术领域

本发明属于可降解塑料的技术领域，具体提供了一种可降解包装塑料用的高阻隔石墨烯母料及制备方法。

背景技术

生物可降解塑料是指，在自然界如土壤或沙土等条件下，和/或特定条件如堆肥化条件下或厌氧消化条件下或水性培养液中，由自然界存在的微生物如细菌、霉菌和海藻等作用引起降解，并最终完全降解变成二氧化碳（CO2）或/和甲烷（CH4）、水（H2O）及其所含元素的矿化无机盐以及新的生物质的塑料。生物降解塑料自八十年代问世以来，一直成为新材料研究的热点问题，是理想的绿色高分子材料可替代以石油为原料的塑料，成本仅为石油塑料原料的1/5。但是，其包装阻隔作用十分受限，不能满足严格条件下的气体、水分阻隔，进一步限制了其作为包装塑料的推广。

中国发明专利申请号201710830172.5公开了一种可降解塑料颗粒，由如下重量份的原料制成：玻璃纤维：30~40份，聚乳酸：30~50份，聚羟基丁酸：10~20份，聚对酞酸乙二酯：10~20份，石墨烯：5~8份，固化剂：3~5份，粘合剂：5~10份。本发明稳定性好，安全性高，并且能够在短时间内完成降解，避免对环境造成破坏。

中国发明专利申请号201710737495.X公开了一种可降解塑料及其制备方法。该可降解塑料包括以下重量份的原料：超细化淀粉40～80份，超细化植物粉30～70份，石墨烯10～40份，生物降解剂5～10份，明胶10～20份，木质素5～15份，合成降解树脂8～25份，合成树脂5～10份；本发明以淀粉和植物粉为主材，添加明胶、合成树脂，保证机械强度的同时能够快速降解，另外添加了石墨烯，提高了塑料韧性。

中国发明专利申请号201610930825.2公开了一种可生物降解塑料树脂及其制备工艺，涉及塑料树脂技术领域，所述可生物降解塑料树脂，由聚乳酸、聚乙烯醇、改性淀粉、纤维素、甘油、马来酸酐、碳基增强材料、壳聚糖、改性二氧化钛、光触酶组成，本发明提供的可生物降解塑料树脂，它以生物可降解材料为主体成分，辅助以添加剂制备而得，薄膜的各组分的含量至关重要，不仅使其具有良好的力学性能，而且生物可降解性高，降解时间短，在光照条件下，15天内几乎完全降解，在黑暗条件下依然能在1个月内完全降解。

中国发明专利申请号201611270211.2公开了一种石墨烯中空纤维的制备方法，属于石墨烯材料制备技术领域。将外层溶液和内层溶液分别输入同轴针头的外层和内层，将外层溶液注射到接收溶液中，得到含水氧化石墨烯中空纤维，得到氧化石墨烯中空纤维还原得到石墨烯中空纤维；外层溶液为氧化石墨烯溶液，内层溶液为聚合物或离子液，聚合物包括PS、PAA、PI。离子液包括CaCl₂、1-丁基-3-甲基咪唑1-烯丙基-3-甲基咪唑，接收溶液为物质的量浓度1-3mol/L的离子液；内层溶液的流速为0.5-0.8ml/min；外层溶液的流速0.2-0.5ml/s。该方法操作简便，无需后期处理和除杂；成本低，可以大量连续生产。

石墨烯材料为一种由碳原子通过sp²杂化构成的蜂窝状网络结构，且是只有一个碳原子厚度的二维材料。尽管将石墨烯加入橡胶、塑料、涂料等可以大幅提高力学性能，然而，石墨烯作为一种纳米级材料，由于具有非常高的比表面积，导致其团聚非常严重。如将石墨烯直接用于橡胶、塑料、涂料等聚合物基体中，容易再团聚，而且这种团聚由于发生在原子间，是一种不可逆团聚，使得其无法充分发挥石墨烯的片层优异特性。