CN108329808A - 一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料 - Google Patents

一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，属于高阻隔性聚合物材料合成技术领域；包括以下步骤：(1)均质分散：将氧化石墨烯(GO)，加入水溶液，用超声波超声分散，得到GO‑水溶液，将超声振荡得到的GO‑水溶液与聚乙烯醇(PVA)水溶液混合搅拌，超声至均匀，置于50℃烘箱内干燥24h后，获得PVA/GO均质混合料，粉碎备用；(2)熔融共混：将上述干燥好的PVA/GO均质混合料、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)按质量比5‑10:100加入到高速混合机中，混合后的物料投入转矩流变仪中，获得聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，设置混炼温度为170℃，转子转速为30r/min，时间为10min，样品最终模压成厚度为1mm薄片用于性能测试。本发明采用以水为溶剂的溶液均质分散法和熔融共混法相结合制备复合材料，制备方法简单，过程环保，便于产业化的实现。本发明的聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，具有很高的阻隔性能、良好的生物降解性等特点。

Description

一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层 材料
技术领域
本发明属于高阻隔性涂层材料合成技术领域，特别是涉及到一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料的制备方法。
背景技术
近年来，研究开发高阻隔性材料成为塑料包装材料领域中的一个热门话题，这类材料对氧气、水蒸气和二氧化碳等有很高的阻隔性，使其具有防潮、保色、保香等特点，因此能很好的适应于各种特种塑料包装材料的需要。
塑料包装材料从工业品到生活领域同人类生活密切相关,是塑料制品领域发展最快、应用最广的品种。随着社会的进步与发展，高效、节能、环保已成为塑料包装材料发展的趋势。然而目前所使用的高阻隔性塑料主要是聚乙烯醇类、聚偏二氯乙烯类和尼龙类。这些塑料的共同特点是：品种少、价格昂贵、加工窗口窄、使用后不可降解，这些问题阻碍了塑料包装材料的广泛使用。
聚甲基乙撑碳酸酯是由二氧化碳和环氧丙烷聚合而成的脂肪族聚碳酸酯，具有良好的生物相容性和生物可降解性，材料柔韧性和阻隔性能较好。聚甲基乙撑碳酸酯可用于-80℃的超低温保鲜膜、可降解发泡包装材料、一次性食品包装材料、一次性餐盒、全塑无压力饮料瓶等领域。
在聚合物中加入少量的纳米粒子，并将其在基体中均匀分散，在气体渗透的垂直方向存在一定取向，则可延长小分子通过聚合物膜的路径，进而增强聚合物膜的阻隔性能。另外，纳米粒子添加到聚合物基体中，还可以增强材料的力学性能、热稳定性和阻燃性等。因此，将纳米级石墨烯均匀分散于聚合物基体中，有望提升聚合物基体的阻隔性能，并得到良好机械性能的材料。
将氧化石墨烯引入至聚甲基乙撑碳酸酯中，可促使聚甲基乙撑碳酸酯热力学性能和阻隔性能得到提高，然而石墨烯作为一种纳米材料，熔融共混过程中易发生团聚，因此熔融共混过程中如何促进其在聚合物基体中的分散仍是获得高性能复合材料的关键。
为提高氧化石墨烯在聚甲基乙撑碳酸酯中的分散，同时考虑制备过程的安全环保，本发明采用以水为溶剂的溶液法和熔融共混法相结合制备复合材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，其特征在于，所述涂层材料包括以下步骤合成：
(1)均质分散：将氧化石墨烯(GO)，加入水溶液，用超声波超声分散，得到GO-水溶液，将超声振荡得到的GO-水溶液与聚乙烯醇(PVA)水溶液混合搅拌，超声至均匀，置于50℃烘箱内干燥24h后，获得PVA/GO均质混合料，粉碎备用；
(2)熔融共混：将上述干燥好的PVA/GO均质混合料、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)按质量比5-10:100加入到高速混合机中，混合后的物料投入转矩流变仪中，获得聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，设置混炼温度为170℃，转子转速为30r/min，时间为10min，样品最终模压成厚度为1mm薄片用于性能测试。
作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤(1)中氧化石墨烯和聚乙烯醇的质量比为1：20-50。
作为本发明的一种优选技术方案，所述氧化石墨烯是采用天然石墨为原料，按照Hummers法制备得到。
作为本发明的一种优选技术方案，所述PVA的聚合度选择500，醇解度86.0％-90.0％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明采用以水为溶剂的溶液均质分散法和熔融共混法相结合制备复合材料，制备方法简单，过程环保，便于产业化的实现。
本发明的聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，具有很高的阻隔性能、良好的生物降解性等特点。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步阐述，但本发明不限于此。
实施例1
采用天然石墨为原料，按照Hummers法制备得到氧化石墨烯(GO)，将氧化石墨烯加入水溶液，用超声波超声分散，得到GO-水溶液，优选氧化石墨烯和聚乙烯醇的质量比为1：20，将超声振荡得到的GO-水溶液与聚乙烯醇(PVA)水溶液混合搅拌，超声至均匀，置于50℃烘箱内干燥24h后，获得PVA/GO均质混合料，粉碎备用；
将上述干燥好的PVA/GO均质混合料、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)按质量比10:100加入到高速混合机中，混合后的物料投入转矩流变仪中，获得聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，设置混炼温度为170℃，转子转速为30r/min，时间为10min，样品最终模压成厚度为1mm薄片用于性能测试。
实施例2
采用天然石墨为原料，按照Hummers法制备得到氧化石墨烯(GO)，将氧化石墨烯加入水溶液，用超声波超声分散，得到GO-水溶液，优选氧化石墨烯和聚乙烯醇的质量比为1：50，将超声振荡得到的GO-水溶液与聚乙烯醇(PVA)水溶液混合搅拌，超声至均匀，置于50℃烘箱内干燥24h后，获得PVA/GO均质混合料，粉碎备用；
将上述干燥好的PVA/GO均质混合料、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)按质量比5:100加入到高速混合机中，混合后的物料投入转矩流变仪中，获得聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，设置混炼温度为170℃，转子转速为30r/min，时间为10min，样品最终模压成厚度为1mm薄片用于性能测试。
实施例3
采用天然石墨为原料，按照Hummers法制备得到氧化石墨烯(GO)，将氧化石墨烯加入水溶液，用超声波超声分散，得到GO-水溶液，优选氧化石墨烯和聚乙烯醇的质量比为1：40，将超声振荡得到的GO-水溶液与聚乙烯醇(PVA)水溶液混合搅拌，超声至均匀，置于50℃烘箱内干燥24h后，获得PVA/GO均质混合料，粉碎备用；
将上述干燥好的PVA/GO均质混合料、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)按质量比7.5:100加入到高速混合机中，混合后的物料投入转矩流变仪中，获得聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，设置混炼温度为170℃，转子转速为30r/min，时间为10min，样品最终模压成厚度为1mm薄片用于性能测试。
气体阻隔性能测试：
将实施例1-3合成的聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料进行气体阻隔性能测试，测试结果如表1所述。
表1聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料气体阻隔性能测试
其中，氧气透过率测试在25℃的温度及相对湿度0％下进行测定；
水蒸气透过率测试在25℃的温度及相对湿度60％下进行测定。

Claims (4)

1.一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，其特征在于，所述涂层材料包括以下步骤合成：
(1)均质分散：将氧化石墨烯(GO)，加入水溶液，用超声波超声分散，得到GO-水溶液，将超声振荡得到的GO-水溶液与聚乙烯醇(PVA)水溶液混合搅拌，超声至均匀，置于50℃烘箱内干燥24h后，获得PVA/GO均质混合料，粉碎备用；
(2)熔融共混：将上述干燥好的PVA/GO均质混合料、聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)按质量比5-10:100加入到高速混合机中，混合后的物料投入转矩流变仪中，获得聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，设置混炼温度为170℃，转子转速为30r/min，时间为10min，样品最终模压成厚度为1mm薄片用于性能测试。
2.根据权利要求1所述的一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，其特征在于，所述步骤(1)中氧化石墨烯和聚乙烯醇的质量比为1：20-50。
3.根据权利要求1所述的一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，其特征在于，所述氧化石墨烯是采用天然石墨为原料，按照Hummers法制备得到。
4.根据权利要求3所述的一种高阻隔性聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合涂层材料，其特征在于，所述PVA的聚合度选择500，醇解度86.0％-90.0％。
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