[发明专利]一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子纳米复合材料领域，特别涉及一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)是由二氧化碳(CO₂)和环氧丙烷(PO)聚合而成，由于具有可直接消耗二氧化碳和可全生物降解的特性，受到越来越多的关注。PPC具有较好的韧性、阻氧、阻水性能以及生物相容性，在生物医用材料以及包装材料领域具有很好的应用前景。但PPC中醚键的存在使得链段容易绕醚键发生内旋转，增大了链的柔性，使其具有较低的玻璃化转变温度，拉伸强度较低，热力学性能较差，限制了它的应用。

为了扩大PPC的应用范围，对其进行改性是一种较为有效的方法。目前，对PPC进行改性时采用的无机填料主要有纳米微晶纤维素(NCC)、蒙脱土(MMT)、碳酸钙(CaCO₃)、碳纳米管(CNT)等，能使PPC的力学和热学性能有一定幅度的提高。近年来石墨烯材料因其具备优异的力学热学性能，也被引入至PPC中，制备功能化的PPC改性材料。有文献报道，与纯PPC相比，溶液法制备得到的PPC/氧化石墨烯(GO)复合材料热学和力学性能均有较大幅度的提升，说明氧化石墨烯对PPC具有很好的改性作用。若能采用更容易实现产业化的熔融共混法制备分散效果好的PPC基氧化石墨烯纳米复合材料，将会在更大程度上推动PPC材料的实际应用。然而，氧化石墨烯相较于其他种类的纳米填料(如纳米碳酸钙、蒙脱土等)具有更大的比表面积和表面能，易发生团聚，从而使其更难以通过熔融共混法制备得到分散良好的高分子/石墨烯纳米复合材料。在公开号为CN105400157A的中国专利中，公开了一种提高石墨烯在聚合物基体中分散性的方法，该方法首先将聚合物、石墨烯和路易斯酸催化剂以一定配比进行熔融混合，得到母料后，再通过抽提的方式将路易斯酸去除，将制备的母料与聚合物混合得到石墨烯含量较低的纳米复合材料。与未采用路易斯酸催化剂处理得到的聚合物/石墨烯复合材料相比，该方法制备得到的聚合物基体中石墨烯分散更加均匀，团聚体明显减少。但该方法中，抽提过程复杂、效率低，工作量较大，难以实现产业化应用。而在公开号为CN102719070A的中国专利中，公开了一种新型聚甲基乙撑碳酸酯纳米复合材料的制备方法，该方法是将纳米填料分散在有机溶剂DMF中，然后加入PPC，搅拌至均匀，烘干去除有机溶剂来制备PPC纳米复合材料，该制备过程虽然可以获得纳米填料分散较好的复合材料，但使用了大量对环境和人体有害的有机溶剂，且其挥发困难，不容易完全除尽，因此，对复合材料的性能有一定的影响，也难以达到环保标准。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种分散均匀、安全环保的聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法，该方法简单易行、安全环保。

本发明的技术方案为：一种聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料，以可降解的聚甲基乙撑碳酸酯为复合材料基体，以水溶性高分子材料为分散介质，以氧化石墨烯为填充材料；

将聚甲基乙撑碳酸酯与分散在水溶性高分子材料中的氧化石墨烯进行熔融共混，得到聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料；

其中，各组分的重量含量为：聚甲基乙撑碳酸酯100份，水溶性高分子材料5-20份，氧化石墨烯0.1-3份。

所述聚甲基乙撑碳酸酯的数均分子量不超过300000。

所述水溶性高分子材料为合成水溶性聚合物、天然水溶性高分子聚合物或化学改性天然水溶性聚合物中的一种。

所述合成水溶性聚合物为聚乙烯醇、聚乙二醇或聚氧化乙烯中的一种；

天然水溶性高分子聚合物为淀粉、纤维素或植物胶中的一种；

化学改性天然水溶性聚合物为改性淀粉或改性纤维素中的一种。

所述氧化石墨烯通过Hummers法制备得到，经超声处理所得氧化石墨烯的厚度尺寸不超过10nm，片层层数不超过十层。

本发明用于上述聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料的制备方法为：先将氧化石墨烯分散在水溶性高分子材料中，然后与聚甲基乙撑碳酸酯共同投入挤出机或密炼机中进行熔融共混，得到聚甲基乙撑碳酸酯/氧化石墨烯纳米复合材料；熔融共混的温度为130-200℃，熔融共混的时间为5-15min。

其中，所述氧化石墨烯分散在水溶性高分子材料中的过程具体如下：

(1)先将石墨经过浓硫酸或高锰酸钾进行强氧化处理，得到氧化石墨；