一種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜，其特征在于，由下列重量份的原料制備制成：聚乳酸80?85、玉米淀粉20?25、漢麻纖維25?30、硅烷偶聯(lián)劑kh?550 0.8?1、甘油12?14、環(huán)氧氯丙烷1.6?2、1mol/L的氫氧化鈉溶液適量、1mol/L的鹽酸適量、蒸餾水適量、聚乙二醇2?3、蒙脫土3?4、氧化石墨烯6?8、乙烯基三乙氧基硅烷1?1.3；本發(fā)明最后通過對氧化石墨烯、蒙脫土進(jìn)行疏水改性后添加到聚乳酸的密煉中，分散均勻，疏水性的提高大大提升了包膜的阻隔性能，同時(shí)也提升了薄膜的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明制成的產(chǎn)品能夠很好地應(yīng)用在保鮮袋、食品包裝中，值得推廣。
【專利說明】
一種氧化石墨烯阻隔性能増強(qiáng)的全降解塑料薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及塑料薄膜技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于廢棄塑料難以降解帶來的“白色污染”日趨嚴(yán)重，引起了全世界的廣泛關(guān)注，世界各國陸續(xù)出臺了限制或禁止使用非降解塑料包裝物的相關(guān)法規(guī)。另一方面，由于制造傳統(tǒng)塑料的原料石油是不可再生資源，隨著人類的大量使用必將枯竭，因而發(fā)展以可再生資源為原料、可降解的環(huán)境友好型塑料迫在眉睫。
[0003]聚乳酸材料是目前應(yīng)用最為廣泛的可降解塑料材料之一，作為包裝薄膜材料，PLA具有很好的透明度、機(jī)械性能和生物相容性，高強(qiáng)度、熱塑性、疏水性、成型加工容易、可完全降解，降解產(chǎn)物對人體無毒無害，來源于可再生資源，易于回收利用等優(yōu)點(diǎn)，但是聚乳酸價(jià)格昂貴、高脆性、低韌性的缺陷影響了其在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。聚乳酸作為單一單體合成的可降解材料在機(jī)械性能，加工性能以及其他功能特性上不能達(dá)到社會對材料性能的廣泛要求，所以我們要對生物可降解材料采取一些方法進(jìn)行改性，對其不足的性能進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，從而使環(huán)境友好型的生物可降解材料適用范圍更加廣泛。
[0004]近期天然纖維的研究也廣受關(guān)注，與碳纖維、玻璃纖維相比，天然纖維(如木纖維、麻纖維、竹纖維等)由于具有價(jià)格低，可再生，可降解等一系列優(yōu)點(diǎn)而在增強(qiáng)復(fù)合材料中得到廣泛應(yīng)用，而且天然纖維與生物可降解材料的復(fù)合既可以增強(qiáng)生物可降解材料的力學(xué)性能又保證了復(fù)合材料的可再生可降解性能。其中麻纖維由于纖維素含量高、強(qiáng)度高，因此可作為良好的增強(qiáng)組分制備復(fù)合材料。在麻纖維中，漢麻纖維有較高的比強(qiáng)度和比模量等力學(xué)性能，同時(shí)我國的漢麻產(chǎn)量居世界之首，具有潛在的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。
[0005]氧化石墨烯是石墨烯的一種重要的衍射物，在研究石墨烯材料的熱潮中，氧化石墨烯也引起了廣泛的關(guān)注。它具有和石墨烯相似的二維片層結(jié)構(gòu)，不同的是氧化石墨烯在碳骨架的二維平面上還有大量的含氧基團(tuán)修飾在表面以及邊緣。這些含氧基團(tuán)的存在也使得氧化石墨烯在水溶液中有了很好的分散性和穩(wěn)定性，并帶有負(fù)電荷，是利用靜電結(jié)合力制備多層膜的很好的部件。氧化石墨烯具有更好的生物相容性，也使得它在生物醫(yī)藥、藥物緩釋、包裝材料等領(lǐng)域有好的研究意義和應(yīng)用前景。
[0006]本發(fā)明擬將漢麻-淀粉-聚乳酸-氧化石墨烯共混制成可降解塑料薄膜，綜合了聚乳酸的尚性能，淀粉的低成本，漢麻的初性尚，氧化石墨稀阻隔性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)，不但能夠部分替代傳統(tǒng)石油基塑料，更解決了單純聚乳酸存在的缺陷，是一種極具開發(fā)前景的新型可降解塑料產(chǎn)品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜及其制備方法。本發(fā)明首先利用硅烷偶聯(lián)劑kh-550對漢麻纖維進(jìn)行預(yù)處理，從而改善界面接觸效果以及相容性，能夠提高材料的機(jī)械性能;再通過一系列的工藝對玉米淀粉進(jìn)行改性后添加到整體產(chǎn)品中，解決了與聚乳酸形容性不好的問題，同時(shí)提高復(fù)合材料的強(qiáng)度以及韌性，同時(shí)可大大降低產(chǎn)品的整體成本，有助于完全生物降解塑料的推廣和應(yīng)用；最后通過對氧化石墨烯、蒙脫土進(jìn)行疏水改性后添加到聚乳酸的密煉中，分散均勻，疏水性的提高大大提升了包膜的阻隔性能，阻水阻氣性能佳，同時(shí)也提升了薄膜的熱穩(wěn)定性。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明通過以下方案實(shí)施:
一種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜，由下列重量份的原料制備制成:聚乳酸80-85、玉米淀粉20-25、漢麻纖維25-30、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 0.8_1、甘油12-14、環(huán)氧氯丙烷1.6-2、lmol/L的氫氧化鈉溶液適量、lmol/L的鹽酸適量、蒸餾水適量、聚乙二醇2-3、蒙脫土 3-4、氧化石墨烯6-8、乙烯基三乙氧基硅烷1-1.3;
本發(fā)明所述一種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜，由以下具體步驟制成:
(1)將漢麻纖維放入倍量的lmol/L的氫氧化鈉溶液中，常壓下，加熱至100°C，蒸煮2.5-3小時(shí)，冷去后取出用Imo I /L的鹽酸洗至中性，放入烘箱中烘干后放入粉碎機(jī)中粉碎成200目粉末待用；將硅烷偶聯(lián)劑kh-550溶于蒸餾水中，形成濃度為1%的硅烷偶聯(lián)劑kh-550水溶液，將粉碎成200目的漢麻纖維浸泡其中，加熱至40-50°C，浸泡40-60分鐘后過濾出沉淀物，然后讓入烘箱中，以90-100°C干燥3-4小時(shí)即得表面處理的漢麻纖維粉料；
(2)將玉米淀粉溶于3倍量的蒸餾水中，邊攪拌邊滴入lmol/L的氫氧化鈉溶液，直到pH值為9.5，然后在水浴條件下緩慢滴入環(huán)氧氯丙烷，控制水浴溫度為50°C，攪拌反應(yīng)4-5小時(shí)后，用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值到6.5，靜置30分鐘后棄去上清液，用蒸餾水洗滌，放入烘箱中烘干待用；
(3)將步驟(I)得到的表面處理的漢麻纖維粉料與步驟(2)得到的烘干后的玉米淀粉混合后與甘油混合，放入捏合機(jī)中，在100-120°C的條件下捏合30-40分鐘后擠出，然后將擠出的混合物放入球磨機(jī)中球磨6-8小時(shí)，然后放入烘箱中，在130-140°C條件下烘干即得增強(qiáng)母料；
(4)將蒙脫土、氧化石墨烯、乙烯基三乙氧基硅烷混合后放入球磨機(jī)中球磨2-3小時(shí)后加入總量10倍量的蒸餾水水，以300轉(zhuǎn)/分的速度攪拌形成懸濁液，然后加入聚乙二醇，加熱至40-50°C，攪拌30分鐘后，加熱至80°C，以1200轉(zhuǎn)/分的速度攪拌2小時(shí)，停止攪拌后靜置取沉淀物，用蒸餾水沖洗沉淀物3次，最后將沉淀物放入造粒機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，然后烘箱中充分烘干，得到干燥顆粒；
(5)將聚乳酸加入密煉機(jī)中，以150°C的溫度塑煉I分鐘，然后加入步驟(3)得到的增強(qiáng)母料以及步驟(4)得到的干燥顆粒，繼續(xù)混煉10-12分鐘后進(jìn)行熱熔擠出吹塑成膜，最后定性收卷、包裝即得。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明添加甘油與環(huán)氧氯丙烷對玉米淀粉進(jìn)行改性，能夠解決淀粉與聚乳酸形容性不好的問題，同時(shí)提高復(fù)合材料的強(qiáng)度以及韌性，同時(shí)能夠降低產(chǎn)品的整體成本;利用KH550硅烷偶聯(lián)劑對漢麻纖維進(jìn)行預(yù)處理，從而改善界面接觸效果以及相容性，能夠提尚材料的機(jī)械性能。
[0010]本發(fā)明最后通過對氧化石墨烯、蒙脫土進(jìn)行疏水改性后添加到聚乳酸的密煉中，分散均勻，疏水性的提高大大提升了包膜的阻隔性能，阻水阻氣性能佳，同時(shí)也提升了薄膜的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明制成的產(chǎn)品能夠很好地應(yīng)用在保鮮袋、食品包裝中，能夠更好地對食品進(jìn)行保鮮，值得推廣。
具體實(shí)施方案
[0011 ]下面通過具體實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0012]—種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜，由下列重量份(公斤)的原料制備制成:聚乳酸80、玉米淀粉20、漢麻纖維25、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 0.8、甘油12、環(huán)氧氯丙烷1.6、lmol/L的氫氧化鈉溶液適量、lmol/L的鹽酸適量、蒸餾水適量、聚乙二醇2、蒙脫土 3、氧化石墨烯6、乙烯基三乙氧基硅烷I;
本發(fā)明所述一種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜，由以下具體步驟制成:
(1)將漢麻纖維放入倍量的lmol/L的氫氧化鈉溶液中，常壓下，加熱至100°C，蒸煮2.5小時(shí)，冷去后取出用Imo 1/L的鹽酸洗至中性，放入烘箱中烘干后放入粉碎機(jī)中粉碎成200目粉末待用;將硅烷偶聯(lián)劑kh-550溶于蒸餾水中，形成濃度為1%的硅烷偶聯(lián)劑kh-550水溶液，將粉碎成200目的漢麻纖維浸泡其中，加熱至40-50°C，浸泡40分鐘后過濾出沉淀物，然后讓入烘箱中，以90-100°C干燥3小時(shí)即得表面處理的漢麻纖維粉料；
(2)將玉米淀粉溶于3倍量的蒸餾水中，邊攪拌邊滴入lmol/L的氫氧化鈉溶液，直到pH值為9.5，然后在水浴條件下緩慢滴入環(huán)氧氯丙烷，控制水浴溫度為50°C，攪拌反應(yīng)4小時(shí)后，用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值到6.5，靜置30分鐘后棄去上清液，用蒸餾水洗滌，放入烘箱中烘干待用；
(3)將步驟(I)得到的表面處理的漢麻纖維粉料與步驟(2)得到的烘干后的玉米淀粉混合后與甘油混合，放入捏合機(jī)中，在100-120°C的條件下捏合30分鐘后擠出，然后將擠出的混合物放入球磨機(jī)中球磨6小時(shí)，然后放入烘箱中，在130-140°C條件下烘干即得增強(qiáng)母料；
(4)將蒙脫土、氧化石墨烯、乙烯基三乙氧基硅烷混合后放入球磨機(jī)中球磨2-3小時(shí)后加入總量10倍量的蒸餾水水，以300轉(zhuǎn)/分的速度攪拌形成懸濁液，然后加入聚乙二醇，加熱至40-50°C，攪拌30分鐘后，加熱至80°C，以1200轉(zhuǎn)/分的速度攪拌2小時(shí)，停止攪拌后靜置取沉淀物，用蒸餾水沖洗沉淀物3次，最后將沉淀物放入造粒機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，然后烘箱中充分烘干，得到干燥顆粒；
(5)將聚乳酸加入密煉機(jī)中，以150°C的溫度塑煉I分鐘，然后加入步驟(3)得到的增強(qiáng)母料以及步驟(4)得到的干燥顆粒，繼續(xù)混煉10分鐘后進(jìn)行熱熔擠出吹塑成膜，最后定性收卷、包裝即得。
[0013]將本發(fā)明產(chǎn)品進(jìn)行堆肥實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，在81天后的生物分解率>60%。按照GB/T1040.3-2006進(jìn)行力學(xué)性能測試，橫向拉伸負(fù)荷為4.15N，橫向斷裂伸長率為849.9%;縱向拉伸負(fù)荷為4.09N，縱向斷裂伸長率為631.6%，檢測結(jié)果說明本發(fā)明產(chǎn)品已達(dá)到普通塑料膜的要求，相關(guān)指標(biāo)優(yōu)于國家對生物可降解材料的規(guī)定要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜，其特征在于，由下列重量份的原料制備制成:聚乳酸80-85、玉米淀粉20-25、漢麻纖維25-30、硅烷偶聯(lián)劑kh-550 0.8-1、甘油12-14、環(huán)氧氯丙烷1.6-2、lmol/L的氫氧化鈉溶液適量、lmol/L的鹽酸適量、蒸餾水適量、聚乙二醇2-3、蒙脫土 3-4、氧化石墨烯6-8、乙烯基三乙氧基硅烷1-1.3。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種氧化石墨烯阻隔性能增強(qiáng)的全降解塑料薄膜，其特征在于，由以下具體步驟制成: (1)將漢麻纖維放入倍量的lmol/L的氫氧化鈉溶液中，常壓下，加熱至100°C，蒸煮2.5-3小時(shí)，冷去后取出用Imo I /L的鹽酸洗至中性，放入烘箱中烘干后放入粉碎機(jī)中粉碎成200目粉末待用；將硅烷偶聯(lián)劑kh-550溶于蒸餾水中，形成濃度為1%的硅烷偶聯(lián)劑kh-550水溶液，將粉碎成200目的漢麻纖維浸泡其中，加熱至40-50°C，浸泡40-60分鐘后過濾出沉淀物，然后讓入烘箱中，以90-100°C干燥3-4小時(shí)即得表面處理的漢麻纖維粉料； (2)將玉米淀粉溶于3倍量的蒸餾水中，邊攪拌邊滴入lmol/L的氫氧化鈉溶液，直到pH值為9.5，然后在水浴條件下緩慢滴入環(huán)氧氯丙烷，控制水浴溫度為50°C，攪拌反應(yīng)4-5小時(shí)后，用lmol/L的鹽酸調(diào)節(jié)pH值到6.5，靜置30分鐘后棄去上清液，用蒸餾水洗滌，放入烘箱中烘干待用； (3)將步驟(I)得到的表面處理的漢麻纖維粉料與步驟(2)得到的烘干后的玉米淀粉混合后與甘油混合，放入捏合機(jī)中，在100-120°C的條件下捏合30-40分鐘后擠出，然后將擠出的混合物放入球磨機(jī)中球磨6-8小時(shí)，然后放入烘箱中，在130-140°C條件下烘干即得增強(qiáng)母料； (4)將蒙脫土、氧化石墨烯、乙烯基三乙氧基硅烷混合后放入球磨機(jī)中球磨2-3小時(shí)后加入總量10倍量的蒸餾水水，以300轉(zhuǎn)/分的速度攪拌形成懸濁液，然后加入聚乙二醇，加熱至40-50°C，攪拌30分鐘后，加熱至80°C，以1200轉(zhuǎn)/分的速度攪拌2小時(shí)，停止攪拌后靜置取沉淀物，用蒸餾水沖洗沉淀物3次，最后將沉淀物放入造粒機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，然后烘箱中充分烘干，得到干燥顆粒； (5)將聚乳酸加入密煉機(jī)中，以150°C的溫度塑煉I分鐘，然后加入步驟(3)得到的增強(qiáng)母料以及步驟(4)得到的干燥顆粒，繼續(xù)混煉10-12分鐘后進(jìn)行熱熔擠出吹塑成膜，最后定性收卷、包裝即得。
【文檔編號】C08L71/08GK105968746SQ201610114686
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年3月1日
【發(fā)明人】李峰, 鄭志龍
【申請人】安徽猛牛彩印包裝有限公司