[发明专利]石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物及其发泡材料

说明书

本发明公开了石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物及其发泡材料。包括：A、制备GO/DMF分散液；B、将多官能团环氧扩链剂溶解在DMF中，加入三苯基膦催化剂，诱导化学反应，得到GO‑epoxy粉末；C、将干燥后的PBAT、PLA和GO‑epoxy粉末经循环双螺杆密炼机熔融共混、模压，得到石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物片材。本发明以环氧树脂接枝的氧化石墨烯为相容剂和增强剂，提高了PBAT/PLA复合物的相容性，增加了PBAT/PLA的拉伸强度和断裂伸长率，所得石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物的拉伸强度为25~55MPa，断裂伸长率为100~600%。再通过高压CO₂发泡，制备得到低密度、高硬度、高强度、高韧性的石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物发泡材料。

技术领域：

本发明涉及生物可降解聚合物材料领域，具体地说，涉及石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物及其发泡材料。

背景技术：

塑料、橡胶、合成纤维材料作为合成高分子材料广泛应用于人民的生产生活中，这些材料在使用后抛弃至自然环境中难以环境降解，对土壤、河流、海洋造成严重的伤害。生物可降解塑料可以被微生物分解，在堆肥的条件下甚至可以在几周内降解，变成被动植物可吸收的养分，开发生物可降解塑料受到世界各国的关注。发泡材料具有轻质、缓冲、保温等优势，生物可降解塑料发泡材料可以显著降低材料的成本、拓宽材料的应用范围，开发生物塑料发泡材料得到学术界和产业界的重视。

聚己二酸-对苯二甲酸-丁二醇酯（PBAT）是一种生物可降解聚酯，具有优异的韧性，断裂伸长率可高达800~1000%，不过，PBAT的强度过低。聚乳酸（PLA）是用途最为广泛的生物可降解聚酯，具有优异的强度和模量，不过，PLA的韧性较差。通过PBAT/PLA合金复合，有望增加材料的强度和韧性。PBAT与PLA为不相容体系，通过添加环氧类扩链剂可以改善合金的相容性，但对材料的韧性改善有限，难以实现合金强度和韧性的同步提高。

PBAT/PLA合金较差的相容性也影响其的物理发泡行为，这使得高压流体在发泡过程中易于从界面处逃逸，导致发泡材料倍率较低的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种同时具有高强度和高韧性的石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物，以及具有良好的物理发泡行为的发泡材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物，由如下方法制成：

A、通过高能超声探头将氧化石墨烯（GO）分散在水中，然后GO水溶液经冷冻干燥得到蓬松的GO粉末，采用高能超声将蓬松的GO粉末分散在DMF中，制得GO/DMF分散液；

B、通过强烈搅拌将多官能团环氧扩链剂溶解在DMF中，得到分散液加入GO/DMF分散液中，继续搅拌；在分散液中加入三苯基膦催化剂，诱导化学反应；通过多次过滤、丙酮洗涤、干燥，得到环氧接枝的GO（GO-epoxy）粉末；

C、将干燥后的PBAT、PLA和GO-epoxy粉末经循环双螺杆密炼机熔融共混、模压，得到石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物片材。

作为优选的，在上述石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物中，所述氧化石墨烯的碳氧比为2~8，所述氧化石墨烯的含氧官能团包含环氧基、羧酸基或醛基。

作为优选的，在上述石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物中，所述GO/DMF分散液的重量含量比例为1：30~1：100。

作为优选的，在上述石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物中，所述多官能团环氧扩链剂的含氧官能团数为2~4。

作为优选的，在上述石墨烯增强增韧生物可降解聚酯复合物中，所述的环氧扩链剂与DMF的重量含量比例为1：10~1：50。