[发明专利]一种高气体阻隔PET材料及其制备方法

说明书

本发明涉及材料技术领域，公开了一种高气体阻隔PET材料及其制备方法，各组分按重量份数计，包括PET树脂60～90份、PET/C₃N₄‑SC CO₂10～40份；PET/C₃N₄‑SC CO₂为PET/g‑C₃N₄经超临界CO₂处理后的复合母粒；其制备方法为，复合母粒经粉碎后，与PET树脂/包含有PET的混合树脂共混，再经熔融挤出造粒，得到PET材料。本发明将PET/g‑C₃N₄母粒进行超临界CO₂处理，使聚合物中片层结构的g‑C₃N₄层间距增加，并进一步使团聚的块状g‑C₃N₄剥离成片层状，得到粒径小、分散性好的复合材料，在无机填料添加量少的情况下得到气体阻隔性能较好的复合材料。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，具体地说，涉及一种高气体阻隔PET材料及其制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是由对苯二甲酸与乙二醇缩聚而成，由于其具有良好的透明性、化学稳定性好、力学强度高、可回收利用等优点，在食品、药品包装、柔性可穿戴器件、太阳能电池等领域中有广泛的应用。在这些应用过程中，目前还存在的共性问题是PET的阻隔性能不足，从而影响最终制品的性能。据统计，在全世界由于包装材料的阻隔性能不够高而引起的农业食品类的损失大概占总产量的20％；在我国，每年约有20％的蔬菜水果等生鲜食品也会因为在运输过程中缺少高阻隔性能的包装材料造成高达4000亿元的损失。因此，高性能的阻隔材料是一个具有重要现实意义和经济价值研究趋势。

现有用以提高聚合物气体阻隔性的研究主要集中于：(1)与其他阻隔材料多层复合；(2)表面特殊处理(表面涂层、等离子沉积等)；(3)与其他阻隔型树脂共混改性；(4)无机材料复合改性。将具有高比面积的无机填料如石墨烯、蒙脱土、氮化硼或g-C₃N₄等加入到PET中，能够有效延长基体的气体通过路径，从而提高PET的阻隔性能。

无机材料复合改性与其他改性方法相比，具有操作简便易实施且效果佳的特点，但同时无机填料在加工过程中易产生团聚现象，使填料在聚合物基体中分散性降低的同时，复合材料的阻隔性能及力学性能大大下降。如石墨烯片层(GNs)是一种具有抗渗透性能的二维片层碳材料，可以有效提升聚合物的阻隔性能，成为近年来研究的热点。但是，由于石墨烯片层之间较强的范德华力作用，石墨烯很容易团聚在聚合物基体中，且石墨烯本身价格较为昂贵，不适用于大规模使用。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有来源广泛、制备简单的优点，同时其也是二维片层材料，可将其应用于提高聚合物阻隔性能方面。但由于加入的无机填料g-C₃N₄为微纳米级，在制备或加工过程中容易造成g-C₃N₄团聚，导致最终得到的复合物性能大幅下降。

针对上述不足，目前已有研究者利用超临界二氧化碳来进行二维层状材料的剥离制备，但往往是置于溶液中处理或辅以其他处理过程，过程较为复杂，且操作过程中需要对SC CO₂处理压力及温度等参数控制度高，所需设备也较为复杂。如Pu等人使用SC CO₂对石墨粉进行剥离，将其置于十二烷基磺酸钠的水溶液中快速卸压放气，石墨发生膨胀后便得到了石墨烯纳米薄片。Wang等人使SC CO₂分子在二维材料层间聚集，增大层面间距并减弱层间作用力，同时利用超声产生的震动使石墨烯、氮化硼、二硫化钼和二硫化钨等二维材料得到了成功的剥离。尽管以上研究者利用SC CO₂技术将层状材料成功进行了剥离，但剥离程度不高。这是由于CO₂分子在液体中溶解度十分有限，在高压下将层状材料置于溶液中进行SC CO₂处理，气体分子也不易渗透进无机材料层间。

发明内容