[发明专利]一种新型聚甲基乙撑碳酸酯纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及改性聚甲基乙撑碳酸酯材料，具体而言，涉及一种新型聚甲基乙撑碳酸酯纳米复合材料的制备方法。

背景技术

目前，环保问题已引起世界各国越来越广泛的关注，研究人员都在探索关于如何解决由不可降解的高分子材料废弃物造成的“白色污染”的问题。填料是聚合物复合材料的重要添加剂之一，在聚合物基体中添加填料是改善聚合物材料性能的重要手段。填料不仅可以降低复合材料的成本，同时还能提高聚合物复合材料的某些物理或化学性能。填料的种类很多，因其组成和结构的不同，具有不同的物理和化学性能，从而具有不同的填充效果。

近年来，如何高效的分离、回收并利用二氧化碳(CO₂)已经成为世界范围内日益受到重视的问题。尤其是利用二氧化碳合成全降解塑料是目前世界范围内的研究热点，它是减轻“温室效应”和解决“白色污染”的有效途径。1969年京都大学的井上祥平发现可将二氧化碳固定为全降解塑料，美国的Air Products and Chemicals, Inc.（空气产品公司）通过购买日本专利并申请改进型催化剂的美国专利后，1994年已有二氧化碳共聚物的商品出售。当前，日本已形成年产3000～4000吨二氧化碳共聚物的生产能力，但所得共聚物的加工性能、力学及热学性能欠佳，有待进一步改善。

聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)是由二氧化碳和环氧丙烷在一定的催化剂作用下通过阴离子配位聚合得到的可降解高分子材料。利用C0₂合成降解塑料，原料来源丰富、价格低廉，断裂伸长率高，透明，又兼具光、生物降解功能；但力学性能差，对热敏感。为拓宽其应用领域，近年来，中国相继开展了二氧化碳固定为可降解塑料改性的研究，我国中科院、浙江大学、兰州大学及中山大学等科研机构相继开展了二氧化碳固定为可降解塑料的研究，全面研究了二氧化碳全降解塑料结构与性能的关系，针对二氧化碳全降解塑料热稳定性相对较差的缺点，开发了提高二氧化碳全降解塑料热稳定性的工艺配方和热加工工艺，并进行了二氧化碳全降解塑料共混改性和发泡配方及工艺研究，取得了丰富实用的实验数据。无论是在聚合方面，还是在加工应用方面都形成了自己的独立知识产权，迄今，已经获得多项中国发明专利授权和美国发明专利授权，在聚合物性能的研究和改性方面取得了很大进展。

改性的主要手段包括化学接枝-共聚法、聚合物-聚合物共混改性法、聚合物-填料共混改性等等。其中，加入填料是一种简单有效的方法。常用的填料如具有球状的碳酸钙，二氧化碳、蒙脱土等以及具有针状的碳纤维等等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多组分、可完全降解的具有优良力学性能和耐热性能的聚甲基乙撑碳酸酯基复合材料。在改善复合材料性能的同时，降低了复合材料的生产成本。

同时，本发明的目的还在于提供可完全降解的聚合物基复合材料的制备方法，以简化工艺、扩大适用范围。

为了达到上述目的，本发明的技术方案在于采用了一种可完全降解的聚合物基复合材料。该复合材料以功能化的纳米石墨片或纳米管为填料，以可降解的聚甲基乙撑碳酸酯为基体，通过溶液共混或熔融共混制得。其中，功能化填料所占的重量百分含量为0.5-30%。所述的聚甲基乙撑碳酸酯聚合物的重量百分含量为99.5-70%。

在上述复合材料中，所述聚合物基体是由二氧化碳和环氧丙烷交替共聚而得的产物，其平均分子量为20,000到200,000，其化学结构为：

  其中，n=200~2000

在上述复合材料中，所述填充剂为功能化改性的纳米氧化石墨、膨胀石墨、碳纳米管。

在上述复合材料中，填料的功能化方法为先经异氰酸酯改性，再经多元醇接枝改性。

所述氧化石墨载体由天然石墨粉、天然鳞片石墨或可膨胀石墨制备，步骤如下：将天然石墨粉、天然鳞片石墨或可膨胀石墨在浓硫酸、高锰酸钾和硝酸钠存在下，于4℃以下反应10~20min，35~38℃下反应1~2h，再在90~100℃下反应1~2h，产物用5%盐酸和去离子水充分洗涤，在60~90℃真空干燥箱中干燥12~36h，得到氧化石墨载体。

所述碳纳米管载体由单壁或多壁碳纳米管制备，包括如下步骤：将单壁碳纳米管或多壁纳米管在浓硫酸和浓硝酸存在下，浓硫酸和浓硝酸的体积比为1:5~5:1，于80~120℃下回流反应6~36h，产物用去离子水充分洗涤，在60~90℃下真空干燥干燥12~36h，得到碳纳米管载体。

所述膨胀石墨载体由可膨胀石墨制备，包括如下步骤：将可膨胀石墨在700~1000℃下膨化处理5~30s，得到膨胀石墨载体。