[发明专利]一种高阻隔性石墨烯接枝壳聚糖复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及高阻隔性材料技术领域，且公开了一种高阻隔性石墨烯接枝壳聚糖复合材料，壳聚糖的炔基与石墨烯的叠氮官能团发生简单、高效的叠氮‑炔基Husigen环加成点击反应，从而将石墨烯和壳聚糖通过化学共价键有机结合，提高了石墨烯与壳聚糖的界面作用力和相容性，减少了纳米石墨烯粒子的团聚和结块，高度分散均匀的石墨烯在壳聚糖基体中形成连续的三维结构网络，独特的片层结构，延长了氧气、水分等环境介质的传输路径，阻碍了环境介质的渗透和穿过，提高了壳聚糖材料对氧气和水分等的透过率，并且石墨烯作为化学交联位点，使石墨烯接枝壳聚糖复合材料表现出优异的拉伸强度等机械性能。

技术领域

本发明涉及高阻隔性材料技术领域，具体为一种高阻隔性石墨烯接枝壳聚糖复合材料及制备方法。

背景技术

高阻隔性材料对水分、氧气、二氧化碳等介质具有良好的阻隔性能，传统的高阻隔性材料有聚乙烯、聚偏二氯乙烯、聚酰胺、腈基树脂等，在包装材料等方面具有重要的应用，但是这些材料难以被生物降解，大量使用和随意丢弃，会导致严重的环境污染，因此开发新型高效的可降解的高阻隔性材料成是研究热点领域。

壳聚糖具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒、无污染、并且具有一定的抗菌效果，在纺织业、农林业、医疗行业具有广阔的应用前景，可以制成抗菌剂、化妆品、医用纤维、医疗药物载体等方面，但是壳聚糖的对氧气等气体的阻隔性能较差，限制了壳聚糖的在高阻隔性材料和包装材料中的实际应用，需要进一步提高壳聚糖材料的阻隔性能和机械强度等性能，以满足工业发展和日常生活的需求，目前可以将壳聚糖纳米碳酸钙、蒙脱土、石墨烯等纳米填料复合，以提高材料的阻隔性，因此对石墨烯等纳米填料进行改性，提高与壳聚糖材料的相容性和分散性，减少发生团聚的现象成为研究难点。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高阻隔性石墨烯接枝壳聚糖复合材料及制备方法，解决了壳聚糖阻隔性能较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高阻隔性石墨烯接枝壳聚糖复合材料，所述一种高阻隔性石墨烯接枝壳聚糖复合材料的制备方法包括以下步骤：

(1)向反应烧杯加入二氯甲烷溶剂、氨基化石墨烯和对叠氮苯甲酸，通过超声分散装置中，超声至均匀分散，再加入1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐和N-羟基丁二酰亚胺，室温下反应12-24h，减压蒸馏、蒸馏水和乙醇洗涤并干燥，得到叠氮化石墨烯。

(2)向反应烧杯加入吡啶作为溶剂、以及壳聚糖和催化剂，超声至均匀分散，再缓慢滴加炔丙酯基丁酸酐化合物的吡啶溶液，加热至80-100℃，反应6-12h，冷却，加入蒸馏水析出沉淀，蒸馏水和乙醇洗涤、干燥后得到炔基化壳聚糖。

(3)向反应烧杯中加入N,N-二甲基甲酰胺溶剂和炔基化壳聚糖，进行溶胀6-12h，再加入叠氮化石墨烯，超声至均匀分散，再加入催化剂和助催化剂，在氮气氛围中，避光反应12-36h，真空干燥除去溶剂，蒸馏水和乙醇洗涤，产物加入到戊二醛溶液中，进行交联反应、倒入模具中真空脱泡、固化成膜，得到高阻隔性石墨烯接枝壳聚糖复合材料。

优选的，所述超声分散装置包括超声波换能器，超声分散装置内部下方固定连接有电机，电机活动连接有旋转杆，旋转杆与旋转接头固定连接，旋转接头固定连接有支撑杆，支撑杆与底座通过卡块固定连接，底座上方设置有反应烧杯。

优选的，所述步骤(2)中的催化剂为4-二甲氨基吡啶，炔丙酯基丁酸酐化合物的分子式为C₁₄H₁₄O₇，其中壳聚糖、4-二甲氨基吡啶和炔丙酯基丁酸酐化合物的质量比为100:15-40:0.6-1.5。

优选的，所述步骤(3)中的催化剂为溴化亚铜，助催化剂为三乙胺。