[发明专利]一种氧化石墨烯/聚丁二酸丁二醇酯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯/聚丁二酸丁二醇酯复合材料及其制备方法，该复合材料是由丁二酸与丁二醇在氧化石墨烯负载钛系催化剂的催化下，原位聚合得到。其中，复合材料中氧化石墨烯的含量为0.1‑1wt％，氧化石墨烯上钛的负载量为1‑10wt％。本发明采用氧化石墨烯负载催化剂及原位聚合的方式，较好的解决了钛系催化剂易水解的问题，同时得到的复合材料具有良好的热性能及力学性能。

技术领域

本发明属于高分子材料及催化剂领域，具体涉及一种氧化石墨烯/聚丁二酸丁二醇酯复合材料及其制备方法。

背景技术

塑料因其价格低廉、加工方便轻质耐用等优点，已被广泛应用于社会的各个领域，极大的提高了人们的生活质量。目前全球的塑料产量已接近4亿吨，而回收率仅有约30％，大量废弃的塑料垃圾，在自然界中难以降解，它们造成的“白色污染”正严重危害着人类赖以生存的土壤以及海洋等。塑料回收以及发展生物可降解塑料是解决白色污染有效手段。相比于塑料回收，发展生物可降解塑料具有降解过程无需人工干预且不存在二次污染的特点，同时也能够解决部分领域如塑料回收困难或回收经济性差的问题，因此近些年生物可降解塑料受到了包括政府、科研机构等组织越来越多的关注。

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)是丁二酸和丁二醇经缩合聚合而得到的可生物降解的脂肪族聚酯。该聚酯具有良好的加工性能、良好的生物相容性及耐热性，在绿色包装、生物医用工程、环境工程、生态农业等领域表现出替代传统塑料的潜力，然而该聚酯机械强度的不足，限制了其在工程塑料以及医学领域等的应用。此外，在PBS的聚合过程中，钛酸酯是常用的催化剂[CN1861660B、CN105061744B]，然而该类催化剂在使用过程中存在一定的缺陷，如钛酸酯易与反应体系中的水作用，生成固体氧化物形成沉淀，使得催化效率下降，同时造成反应器内的结垢。同时钛酸酯副反应较多，使得聚酯切片品质较差。

石墨烯及其衍生物，是由单层碳原子构成的二维纳米材料，具有比表面积大、机型强度高等优势，常被作为纳米填料应用于各高分子复合体系中，来提高材料的性能。如专利[CN109825045B]中将石墨烯与PBS及PBAT共混得到石墨烯增强PBS/PBAT生物降解复合材料，得到的复合材料表现出强度和模量的有效提高。专利[CN103450641B]采用氧化石墨烯与丁二醇及丁二酸共聚得到了氧化石墨烯/PBS复合材料，该复合材料相比于PBS，在熔指、机械性能以及热性能上都一定程度的提高。在上述石墨烯增强PBS的技术手段中，共混需要额外增加工序，同时石墨烯在高粘度体系中存在分散效果有限的问题，而在共聚技术方案中，并未对催化体系进行优化。

发明内容

为克服现有技术问题，尤其是现有技术中采用氧化石墨烯改性PBS未涉及催化剂水解及PBS热性能差的问题。本发明提供了一种氧化石墨烯/聚丁二酸丁二醇酯复合材料及其制备方法，具体的，通过采用氧化石墨烯为载体，负载钛系催化剂，并通过原位聚合的方式制备得到氧化石墨烯/聚丁二酸丁二醇酯复合材料，采用该技术手段解决了催化剂易水解的难题，同时能够得到氧化石墨烯与PBS界面作用强，氧化石墨烯分散好的复合材料，该复合材料机械性能及热性能得到有效提高，具有较好的技术效果。

本发明的目的之一在于提供一种氧化石墨烯/聚丁二酸丁二醇酯复合材料，该复合材料是由丁二酸与丁二醇在氧化石墨烯负载钛系催化剂的催化下，原位聚合得到。其中，复合材料中氧化石墨烯的含量为0.1-1wt％，氧化石墨烯上钛的负载量为1-10wt％。

其中，传统的钛系催化剂大多是钛的有机酯类化合物，容易水解，副反应产物较多，使得聚酯产品品质不佳。在本发明中，采用氧化石墨烯负载钛系催化剂，避免或大大降低了钛系催化剂的水解性，同时将催化剂负载的氧化石墨烯上，能够更有效的提高氧化石墨烯与基体树脂间的相互作用，从而提高复合材料的性能。

在一种优选的实施方式中，所述的氧化石墨烯尺寸为1nm-1μm，在进一步的优选的实施方式中，所述的氧化石墨烯尺寸为10-100nm。