[发明专利]一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备方法

说明书

本发明属于卷烟加工技术领域，提供一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备方法，其制备过程是利用缩合反应将可以通过紫外光辐射产生自由基的二苯甲酮接枝到还原氧化石墨烯上，在聚乳酸存在条件下经紫外光照射实现聚乳酸在还原氧化石墨烯表面的接枝改性，最后将接枝改性的还原氧化石墨烯与聚乳酸混合，采用流延法制备成降温薄膜材料，在不影响吸阻和吸食舒适度的条件下，提高用于加热不燃烧卷烟滤嘴时的降温效果。

技术领域

本发明属于卷烟加工技术领域，具体涉及一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备方法。

背景技术

加热不燃烧卷烟是通过外部加热元件在200-400oC条件下，让烟草不经过燃烧而裂解产生烟气。由于加热不燃烧卷烟的体积相对较小、烟支较短，没有与传统香烟类似的长度较长的未燃烟支段和滤棒进行冷却降温，因此，通过采用降温滤棒降低加热不燃烧卷烟的烟气温度是目前加热不燃烧卷烟的一个关键技术措施。

聚乳酸（PLA, Ploy(lactic acid)）是以玉米等农作物为原料制备的乳酸经过精制、脱水低聚、聚合而成，具有较好的生物相容性、安全无毒、易加工等特性，其较低的相变温度（55-60oC）使得其在加热不燃烧卷烟的滤棒降温段具有较好的应用前景。当烟气温度高于该温度时，聚乳酸材料吸收热量发生相变；但对于温度低于该相变温度时，其降温效果受到抑制而难以达到目的。因此，通过聚乳酸改性设计进一步降低其相变温度是其在加热不燃烧卷烟领域规模化推广应用的前提。中国发明专利CN109567271A公开了通过将烷基烯酮二聚体与聚乳酸共聚并将共聚物附着在无机载体上作为降温颗粒添加到滤棒段，由于降温材料添加的均匀性，其降温效果较好，但无机物载体的添加降低了相变材料的稳定性而且对卷烟的吸阻具有较大影响，易影响到吸食的舒适度。中国发明专利CN201911106368.5公开了具有纳米笼状无机氧化物杂化交联的聚乳酸薄膜降温材料，但由于无机氧化物的相变潜热较低、交联结构影响聚合物链段的移动性等特点，其在实际应用中的降温效果仍有待验证。

石墨烯具有较高的导热系数，是理想的相变温度调节剂。但作为一种无机材料，石墨烯与聚乳酸的相容性较差，容易导致其在聚乳酸薄膜中分散不均匀，进而影响聚乳酸薄膜的降温效果。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备方法，本发明以聚乳酸作为主体相变材料，以聚乳酸接枝改性的还原氧化石墨烯（rGO, Reduced Graphene Oxide）作为相变温度调节剂，采用溶液流延铸膜法制备聚乳酸复合相变薄膜材料，在不影响吸阻和吸食舒适度的条件下，提高用于加热不燃烧卷烟滤嘴时的降温效果。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的。

本发明提供一种改性还原氧化石墨烯掺杂聚乳酸薄膜的制备方法，该薄膜材料中所掺杂的改性还原氧化石墨烯为聚乳酸接枝的还原氧化石墨烯，制备方法包括以下步骤：

（1）二苯甲酮接枝改性还原氧化石墨烯的制备：在惰性气体保护下，将一定比例的4-羟基-二苯甲酮（BP-OH）与rGO分散到有机溶剂中；再将一定量的碳酸钾作为催化剂加入到上述分散体系，充分搅拌并升温至沸腾，在回流条件下反应一定时间；反应结束后，反应体系温度降至室温，离心分离rGO，并用水充分洗涤去除碳酸钾后冷冻干燥，即得到二苯甲酮接枝改性rGO（rGO-BP）。

所述BP-OH与rGO的优选质量比为1：1 ～ 1：20；所述碳酸钾与rGO的优选质量比为1：5 ～ 1：20；所述有机溶剂优选为乙醇、正丙醇、异丙醇、乙二醇、乙腈、四氢呋喃、二氧六环中的一种；回流反应时间优选为4～12小时。

（2）聚乳酸接枝改性还原氧化石墨烯的制备：将一定比例的PLA和rGO-BP在溶剂中混合并均匀分散；上述分散液置于紫外灯下辐射接枝反应一定时间，离心分离rGO，并用溶剂充分洗涤去除未接枝PLA，冷冻干燥后得到PLA接枝的rGO(rGO-PLA)。