CN106243643A - 溶液法‑熔融法相结合制备石墨烯/pbs复合材料的方法 - Google Patents

溶液法‑熔融法相结合制备石墨烯/pbs复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

一种溶液法‑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溶解于第一溶剂中形成第一溶液；S2，将石墨烯均匀分散在第一溶剂中形成第二溶液；S3，将所述第一溶液和第二溶液混合均匀，形成混合液；S4，将所述混合液倒入第二溶剂中使所述PBS沉淀出来，其中，所述PBS不溶或微溶于所述第二溶剂；S5，去除步骤S4获得的产物中的第一溶剂和第二溶剂；以及S6，将步骤S5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。

Description

溶液法-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种溶液法-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法。
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，提供一种溶液法-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：
本发明提供一种溶液法-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溶解于第一溶剂中形成第一溶液；
S2，将石墨烯均匀分散在第一溶剂中形成第二溶液；
S3，将所述第一溶液和第二溶液混合均匀，形成混合液；
S4，将所述混合液倒入第二溶剂中使所述PBS沉淀出来，其中，所述PBS不溶或微溶于所述第二溶剂；
S5，去除步骤S4获得的产物中的第一溶剂和第二溶剂；以及
S6，将步骤S5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，所述第一溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。
作为进一步改进的，所述第二溶剂为乙醇。
作为进一步改进的，在步骤S5中，所述去除步骤S4获得的产物中的第一溶剂和第二溶剂的步骤包括：采用SHB-III循环水式多用真空泵抽滤，将步骤S4获得的产物放入真空干燥箱中干燥，以去除残余的N，N-二甲基甲酰胺和乙醇。
作为进一步改进的，在步骤S6中，所述双辊开炼机中双棍的间距为0.5mm。
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0.01％～0.2％。
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0.01％～0.1％。
作为进一步改进的，所述第二溶剂的体积是第一溶剂的体积的5倍～20倍。
本发明提供的溶液法-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法具有以下优点：其一，通过将石墨烯、PBS溶解在溶剂中共混，然后采用共沉淀法将所述PBS及石墨烯沉淀出来，可以使石墨烯分散更均匀且避免石墨烯的团聚；其二，将复合材料在二辊混炼机中共混，通过对熔融温度和挤出压力等工艺参数的控制，可得性能更加优越的复合成品材料；其三，所述方法获得的石墨烯/PBS复合材料具有良好的热学性能和力学性能，可以扩展PBS的应用；最后，本发明还具有工艺简单，易于工业化生产等特点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的溶液法-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法流程图。
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。
请参照图1，本发明实施例提供一种溶液法-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溶解于第一溶剂中形成第一溶液；
S2，将石墨烯均匀分散在第一溶剂中形成第二溶液；
S3，将所述第一溶液和第二溶液混合均匀，形成混合液；
S4，将所述混合液倒入第二溶剂中使所述PBS沉淀出来，其中，所述PBS不溶或微溶于所述第二溶剂；
S5，去除步骤S4获得的产物中的第一溶剂和第二溶剂；以及
S6，将步骤S5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，所述第一溶剂优选为N，N-二甲基甲酰胺(DMF)。具体的，可以将PBS溶于DMF中，并利用磁力搅拌使PBS完全溶解。
在步骤S2中，为了得到良好的分散性，可以同时使用超声处理及磁力搅拌从而使所述石墨烯均匀分散在第一溶剂中形成第二溶液。
在步骤S4中，所述第二溶剂优选为乙醇。所述第二溶剂的体积大于所述第一溶剂的体积，优选的，所述第二溶剂的体积是第一溶剂的体积的5倍～20倍。
在步骤S5中，所述去除步骤S4获得的产物中的第一溶剂和第二溶剂的步骤包括：采用SHB-III循环水式多用真空泵抽滤，将步骤S4获得的产物放入真空干燥箱中干燥，以去除残余的N，N-二甲基甲酰胺和乙醇。
在步骤S6中，所述双辊开炼机中双棍的间距可以0.2-1.0mm。
所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.01％～0.2％。优选的，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.01％～0.1％。
实施例1：
将0.0100g石墨烯(GE)溶于N，N-二甲基甲酰胺中，超声及磁力搅拌；将99.9900gPBS溶于DMF中，并利用磁力搅拌使其完全溶解；将石墨烯分散液与PBS的DMF溶液进行共混，并且将其继续超声及搅拌，致PBS与石墨烯完全溶解在DMF中；将PBS与石墨烯的共混液倒入乙醇中，并且不断搅拌；用SHB-III循环水式多用真空泵抽滤，将其放入真空干燥箱中干燥24h，以去除残余的DMF和乙醇；在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：
将0.0300g石墨烯溶于N，N-二甲基甲酰胺中，超声及磁力搅拌；将99.9700g PBS溶于DMF中，并利用磁力搅拌使其完全溶解；将石墨烯分散液与PBS的DMF溶液进行共混，并且将其继续超声及搅拌，致PBS与石墨烯完全溶解在DMF中；将PBS与石墨烯的共混液倒入乙醇中，并且不断搅拌；用SHB-III循环水式多用真空泵抽滤，将其放入真空干燥箱中干燥24h，以去除残余的DMF和乙醇；在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：
将0.0500g石墨烯溶于N，N-二甲基甲酰胺中，超声及磁力搅拌；将99.9500g PBS溶于DMF中，并利用磁力搅拌使其完全溶解；将石墨烯分散液与PBS的DMF溶液进行共混，并且将其继续超声及搅拌，致PBS与石墨烯完全溶解在DMF中；将PBS与石墨烯的共混液倒入乙醇中，并且不断搅拌；用SHB-III循环水式多用真空泵抽滤，将其放入真空干燥箱中干燥24h，以去除残余的DMF和乙醇；在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：
将0.0700g石墨烯溶于N，N-二甲基甲酰胺中，超声及磁力搅拌；将99.9300g PBS溶于DMF中，并利用磁力搅拌使其完全溶解；将石墨烯分散液与PBS的DMF溶液进行共混，并且将其继续超声及搅拌，致PBS与石墨烯完全溶解在DMF中；将PBS与石墨烯的共混液倒入乙醇中，并且不断搅拌；用SHB-III循环水式多用真空泵抽滤，将其放入真空干燥箱中干燥24h，以去除残余的DMF和乙醇；在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：
将0.1000g石墨烯溶于N，N-二甲基甲酰胺中，超声及磁力搅拌；将99.9000g PBS溶于DMF中，并利用磁力搅拌使其完全溶解；将石墨烯分散液与PBS的DMF溶液进行共混，并且将其继续超声及搅拌，致PBS与石墨烯完全溶解在DMF中；将PBS与石墨烯的共混液倒入乙醇中，并且不断搅拌；用SHB-III循环水式多用真空泵抽滤，将其放入真空干燥箱中干燥24h，以去除残余的DMF和乙醇；在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：
将100.0000g PBS溶于DMF中，并利用磁力搅拌使其完全溶解；将PBS溶液倒入乙醇中，并且不断搅拌；用SHB-III循环水式多用真空泵抽滤，将其放入真空干燥箱中干燥24h，以去除残余的DMF和乙醇；在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及表1，从图2中可以看出，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材料均具有更宽的熔融温度。另外，实验表明，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0.07％-0.09％变化最为显著，其断裂伸长率可增加10倍左右，杨氏模量可降低为PBS材料的十分之一。最后，氧化石墨烯/PBS复合材料还表现出更为良好的导电性能。
表1为实施例和对比例中获得的样品的DSC结晶熔融参数
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 (8)

1.一种溶液法-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溶解于第一溶剂中形成第一溶液；
S2，将石墨烯均匀分散在第一溶剂中形成第二溶液；
S3，将所述第一溶液和第二溶液混合均匀，形成混合液；
S4，将所述混合液倒入第二溶剂中使所述PBS沉淀出来，其中，所述PBS不溶或微溶于所述第二溶剂；
S5，去除步骤S4获得的产物中的第一溶剂和第二溶剂；以及
S6，将步骤S5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所述的方法，其特征在于，所述第一溶剂为N，N-二甲基甲酰胺。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述第二溶剂为乙醇。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在步骤S5中，所述去除步骤S4获得的产物中的第一溶剂和第二溶剂的步骤包括：采用SHB-III循环水式多用真空泵抽滤，将步骤S4获得的产物放入真空干燥箱中干燥，以去除残余的N，N-二甲基甲酰胺和乙醇。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤S6中，所述双辊开炼机中双棍的间距为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.01％～0.2％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.01％～0.1％。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述第二溶剂的体积是第一溶剂的体积的5倍～20倍。
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