CN106221146B - 石墨烯/pbs复合材料 - Google Patents

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Abstract

一种石墨烯/PBS复合材料，所述石墨烯/PBS复合材料为薄片状结构，且具有光滑的表面结构，所述石墨烯/PBS复合材料包括PBS基体以及石墨烯粉体，所述石墨烯粉体均匀分散于所述PBS基体中，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.1％～2.0％。所述石墨烯/PBS复合材料具有更好的力学性能和耐热性能，其相对于PBS材料均具有更好的断裂伸长率，且杨氏模量显著降低。

Description

石墨烯/PBS复合材料
技术领域
本发明涉及一种石墨烯/PBS复合材料。
背景技术
聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，也称聚丁烯琥珀酸酯或聚琥珀酸丁二酯，它的主链中含有易水解的酯键，且主链柔顺，是一种具有完全生物降解性能的半晶热塑性树脂，熔点114℃，结晶度在40～60％之间。它的性能介于聚乙烯和聚丙烯之间，可直接作为塑料加工。它具有良好的加工性能，可以在普通的设备上进行成型加工，也可以进行注塑、吹塑、吹膜、吸塑、层压、发泡、纺丝等成型加工。聚丁二酸丁二醇酯具有良好的生物可降解性能，可作为全生物可降解材料，应用于餐饮用具、日杂用品、农用材料、生物医用高分子材料等方面，也可以作为材料玩具、家电、日化、食品、药品的包装材料。
石墨烯(GE)具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。
因此，本发明想要通过石墨烯提高聚丁二酸丁二醇酯的力学性能和耐热性，以扩大其应用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种石墨烯/PBS复合材料。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：
一种石墨烯/PBS复合材料，所述石墨烯/PBS复合材料为薄片状结构，且具有光滑的表面结构，所述石墨烯/PBS复合材料包括PBS基体以及石墨烯粉体，所述石墨烯粉体均匀分散于所述PBS基体中，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.1％～2.0％。
作为进一步改进的，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.1％-0.7％。
作为进一步改进的，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.7％。
作为进一步改进的，所述石墨烯/PBS复合材料的断裂伸长率为20％以上。
作为进一步改进的，所述石墨烯/PBS复合材料的杨氏模量为260MPa。
作为进一步改进的，所述石墨烯/PBS复合材料通过下列方法获得：
S1，将PBS冷冻处理后并快速粉碎；
S2，将石墨烯均匀分散在溶剂中形成混合液；
S3，将粉碎后的PBS加入所述混合液中搅拌均匀，使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；
S4，将步骤S3所获得的产物干燥；以及
S5，将步骤S4所获得的产物置于120℃的双辊开炼机进行包辊，直到获得表面光滑均匀的样品后逐渐降低辊温到90℃下片，获得石墨烯/PBS复合薄膜。
作为进一步改进的，所述溶剂为易挥发的有机溶剂。
作为进一步改进的，在步骤S1中，所述将PBS冷冻处理后并快速粉碎的步骤包括：
S11，取适量PBS在液氮中冷冻30min；以及
S12，快速在粉碎机中粉碎，并保存于冰箱中待用。
作为进一步改进的，所述薄片状结构的厚度为0.2mm～2mm。
作为进一步改进的，所述石墨烯/PBS复合材料的吸热为75～78℃。
本发明提供石墨烯/PBS复合材料具有以下优点：其一，通过将高分子量的PBS与石墨烯复合可以显著提高所述石墨烯/PBS复合材料力学性能和耐热性能，所述石墨烯/PBS复合材料相对于PBS材料均具有更好的断裂伸长率，且杨氏模量显著降低；其二，所述石墨烯/PBS复合材料相还可以具有良好的导热及导电性能；其三，通过将高分子量的PBS冷冻粉碎，从而可以使PBS共混更均匀。
附图说明
图1为本发明实施例的溶剂-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法的流程图。
图2为本发明实施例及对比例提供的石墨烯/PBS复合材料及PBS材料的吸热曲线图。
图3为本发明实施例及对比例提供的石墨烯/PBS复合材料及PBS材料的红外图谱。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
请参见图1，本发明实施例提供一种溶剂-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法，包括以下步骤：
S1，将PBS冷冻处理后并快速粉碎；
S2，将石墨烯均匀分散在溶剂中形成混合液；
S3，将粉碎后的PBS加入所述混合液中搅拌均匀，使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；
S4，将步骤S3所获得的产物干燥；以及
S5，将步骤S4所获得的产物置于120℃的双辊开炼机进行包辊，直到获得表面光滑均匀的样品后逐渐降低辊温到90℃下片，获得石墨烯/PBS复合薄膜。
在步骤S1中，所述将PBS冷冻处理后并快速粉碎的步骤包括：
S11，取适量PBS在液氮中冷冻30min；以及
S12，快速在粉碎机中粉碎，并保存于冰箱中待用。
在步骤S2中，所述将石墨烯均匀分散在溶剂中形成混合液的步骤包括：将石墨烯放入溶剂里进行超声震荡10-36h，使石墨烯均匀的分散在溶剂中。
在步骤S2中，所述溶剂为易挥发的有机溶剂，如，乙醇、甲醇、丙酮等有机溶剂。
在步骤S4中，所述将步骤S3所获得的产物干燥的步骤包括：将步骤S3所获得的产物放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥。
在步骤S5中，所述双辊开炼机中双棍的间距为0.2mm～2.0mm，从而可以获得厚度为0.2mm～2.0mm的石墨烯/PBS复合薄膜。所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.1％～2.0％。优选的，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.7％～1.0％。更优选的，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.7％～0.9％。
实施例1：
取99.9000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.1000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。
实施例2：
取99.7000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.3000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。
实施例3：
取99.5000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.5000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。
实施例4：
取99.3000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.7000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。
实施例5：
取99.1000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.9000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。
对比例：
取100.0000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。
请参照图2-3及表1，从图2中可以看出，石墨烯/PBS复合材料相对于PBS材料的吸热峰值具有显著的升高，从65℃左右升高到75～78℃左右。从图3可以看出，石墨烯/PBS复合材料与PBS材料的红外曲线基本吻合。从表1可以看出，石墨烯/PBS复合材料相对于PBS材料均具有更好的断裂伸长率，且杨氏模量显著降低，其中，石墨烯的质量含量为0.1％-0.7％变化最为显著。最后，所述石墨烯/PBS复合材料还具有良好的导电性能。
表1为实施例和对比例中获得的样品的物理参数
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种石墨烯/PBS复合材料，其特征在于，所述石墨烯/PBS复合材料为薄片状结构，且具有光滑的表面结构，所述石墨烯/PBS复合材料包括PBS基体以及石墨烯粉体，所述石墨烯粉体均匀覆盖在所述PBS基体的表面，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.3％,
所述石墨烯/PBS复合材料通过下列方法获得：
S1，将PBS冷冻处理后并快速粉碎；
S2，将石墨烯均匀分散在无水乙醇中形成混合液；
S3，将粉碎后的PBS加入所述混合液中搅拌均匀，使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；
S4，将步骤S3所获得的产物干燥；以及
S5，将步骤S4所获得的产物置于120℃的双辊开炼机进行包辊，直到获得表面光滑均匀的样品后逐渐降低辊温到90℃下片，获得石墨烯/PBS复合薄膜。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/PBS复合材料，其特征在于：所述石墨烯/PBS复合材料的断裂伸长率为20％。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/PBS复合材料，其特征在于：在步骤S1中，所述将PBS冷冻处理后并快速粉碎的步骤包括：
S11，取适量PBS在液氮中冷冻30min；以及
S12，快速在粉碎机中粉碎，并保存于冰箱中待用。
4.根据权利要求1所述的石墨烯/PBS复合材料，其特征在于：所述薄片状结构的厚度为0.2mm～2mm。
5.根据权利要求1所述的石墨烯/PBS复合材料，其特征在于：所述石墨烯/PBS复合材料的吸热为75～78℃。
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