一种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成：聚乳酸80?85、玉米淀粉20?25、汉麻纤维25?30、硅烷偶联剂kh?550 0.8?1、甘油12?14、环氧氯丙烷1.6?2、1mol/L的氢氧化钠溶液适量、1mol/L的盐酸适量、蒸馏水适量、聚乙二醇2?3、蒙脱土3?4、氧化石墨烯6?8、乙烯基三乙氧基硅烷1?1.3；本发明最后通过对氧化石墨烯、蒙脱土进行疏水改性后添加到聚乳酸的密炼中，分散均匀，疏水性的提高大大提升了包膜的阻隔性能，同时也提升了薄膜的热稳定性。本发明制成的产品能够很好地应用在保鲜袋、食品包装中，值得推广。
【专利说明】
一种氧化石墨烯阻隔性能増强的全降解塑料薄膜及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及塑料薄膜技术领域，特别是一种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于废弃塑料难以降解带来的“白色污染”日趋严重，引起了全世界的广泛关注，世界各国陆续出台了限制或禁止使用非降解塑料包装物的相关法规。另一方面，由于制造传统塑料的原料石油是不可再生资源，随着人类的大量使用必将枯竭，因而发展以可再生资源为原料、可降解的环境友好型塑料迫在眉睫。
[0003]聚乳酸材料是目前应用最为广泛的可降解塑料材料之一，作为包装薄膜材料，PLA具有很好的透明度、机械性能和生物相容性，高强度、热塑性、疏水性、成型加工容易、可完全降解，降解产物对人体无毒无害，来源于可再生资源，易于回收利用等优点，但是聚乳酸价格昂贵、高脆性、低韧性的缺陷影响了其在更广泛领域的应用。聚乳酸作为单一单体合成的可降解材料在机械性能，加工性能以及其他功能特性上不能达到社会对材料性能的广泛要求，所以我们要对生物可降解材料采取一些方法进行改性，对其不足的性能进行补强，从而使环境友好型的生物可降解材料适用范围更加广泛。
[0004]近期天然纤维的研究也广受关注，与碳纤维、玻璃纤维相比，天然纤维(如木纤维、麻纤维、竹纤维等)由于具有价格低，可再生，可降解等一系列优点而在增强复合材料中得到广泛应用，而且天然纤维与生物可降解材料的复合既可以增强生物可降解材料的力学性能又保证了复合材料的可再生可降解性能。其中麻纤维由于纤维素含量高、强度高，因此可作为良好的增强组分制备复合材料。在麻纤维中，汉麻纤维有较高的比强度和比模量等力学性能，同时我国的汉麻产量居世界之首，具有潜在的工业应用价值。
[0005]氧化石墨烯是石墨烯的一种重要的衍射物，在研究石墨烯材料的热潮中，氧化石墨烯也引起了广泛的关注。它具有和石墨烯相似的二维片层结构，不同的是氧化石墨烯在碳骨架的二维平面上还有大量的含氧基团修饰在表面以及边缘。这些含氧基团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稳定性，并带有负电荷，是利用静电结合力制备多层膜的很好的部件。氧化石墨烯具有更好的生物相容性，也使得它在生物医药、药物缓释、包装材料等领域有好的研究意义和应用前景。
[0006]本发明拟将汉麻-淀粉-聚乳酸-氧化石墨烯共混制成可降解塑料薄膜，综合了聚乳酸的尚性能，淀粉的低成本，汉麻的初性尚，氧化石墨稀阻隔性能优异等优点，不但能够部分替代传统石油基塑料，更解决了单纯聚乳酸存在的缺陷，是一种极具开发前景的新型可降解塑料产品。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜及其制备方法。本发明首先利用硅烷偶联剂kh-550对汉麻纤维进行预处理，从而改善界面接触效果以及相容性，能够提高材料的机械性能;再通过一系列的工艺对玉米淀粉进行改性后添加到整体产品中，解决了与聚乳酸形容性不好的问题，同时提高复合材料的强度以及韧性，同时可大大降低产品的整体成本，有助于完全生物降解塑料的推广和应用；最后通过对氧化石墨烯、蒙脱土进行疏水改性后添加到聚乳酸的密炼中，分散均匀，疏水性的提高大大提升了包膜的阻隔性能，阻水阻气性能佳，同时也提升了薄膜的热稳定性。
[0008]为了实现本发明的目的，本发明通过以下方案实施:
一种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜，由下列重量份的原料制备制成:聚乳酸80-85、玉米淀粉20-25、汉麻纤维25-30、硅烷偶联剂kh-550 0.8_1、甘油12-14、环氧氯丙烷1.6-2、lmol/L的氢氧化钠溶液适量、lmol/L的盐酸适量、蒸馏水适量、聚乙二醇2-3、蒙脱土 3-4、氧化石墨烯6-8、乙烯基三乙氧基硅烷1-1.3;
本发明所述一种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜，由以下具体步骤制成:
(1)将汉麻纤维放入倍量的lmol/L的氢氧化钠溶液中，常压下，加热至100°C，蒸煮2.5-3小时，冷去后取出用Imo I /L的盐酸洗至中性，放入烘箱中烘干后放入粉碎机中粉碎成200目粉末待用；将硅烷偶联剂kh-550溶于蒸馏水中，形成浓度为1%的硅烷偶联剂kh-550水溶液，将粉碎成200目的汉麻纤维浸泡其中，加热至40-50°C，浸泡40-60分钟后过滤出沉淀物，然后让入烘箱中，以90-100°C干燥3-4小时即得表面处理的汉麻纤维粉料；
(2)将玉米淀粉溶于3倍量的蒸馏水中，边搅拌边滴入lmol/L的氢氧化钠溶液，直到pH值为9.5，然后在水浴条件下缓慢滴入环氧氯丙烷，控制水浴温度为50°C，搅拌反应4-5小时后，用lmol/L的盐酸调节pH值到6.5，静置30分钟后弃去上清液，用蒸馏水洗涤，放入烘箱中烘干待用；
(3)将步骤(I)得到的表面处理的汉麻纤维粉料与步骤(2)得到的烘干后的玉米淀粉混合后与甘油混合，放入捏合机中，在100-120°C的条件下捏合30-40分钟后挤出，然后将挤出的混合物放入球磨机中球磨6-8小时，然后放入烘箱中，在130-140°C条件下烘干即得增强母料；
(4)将蒙脱土、氧化石墨烯、乙烯基三乙氧基硅烷混合后放入球磨机中球磨2-3小时后加入总量10倍量的蒸馏水水，以300转/分的速度搅拌形成悬浊液，然后加入聚乙二醇，加热至40-50°C，搅拌30分钟后，加热至80°C，以1200转/分的速度搅拌2小时，停止搅拌后静置取沉淀物，用蒸馏水冲洗沉淀物3次，最后将沉淀物放入造粒机中进行挤出造粒，然后烘箱中充分烘干，得到干燥颗粒；
(5)将聚乳酸加入密炼机中，以150°C的温度塑炼I分钟，然后加入步骤(3)得到的增强母料以及步骤(4)得到的干燥颗粒，继续混炼10-12分钟后进行热熔挤出吹塑成膜，最后定性收卷、包装即得。
[0009]本发明的有益效果是:本发明添加甘油与环氧氯丙烷对玉米淀粉进行改性，能够解决淀粉与聚乳酸形容性不好的问题，同时提高复合材料的强度以及韧性，同时能够降低产品的整体成本;利用KH550硅烷偶联剂对汉麻纤维进行预处理，从而改善界面接触效果以及相容性，能够提尚材料的机械性能。
[0010]本发明最后通过对氧化石墨烯、蒙脱土进行疏水改性后添加到聚乳酸的密炼中，分散均匀，疏水性的提高大大提升了包膜的阻隔性能，阻水阻气性能佳，同时也提升了薄膜的热稳定性。本发明制成的产品能够很好地应用在保鲜袋、食品包装中，能够更好地对食品进行保鲜，值得推广。
具体实施方案
[0011 ]下面通过具体实例对本发明进行详细说明。
[0012]—种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜，由下列重量份(公斤)的原料制备制成:聚乳酸80、玉米淀粉20、汉麻纤维25、硅烷偶联剂kh-550 0.8、甘油12、环氧氯丙烷1.6、lmol/L的氢氧化钠溶液适量、lmol/L的盐酸适量、蒸馏水适量、聚乙二醇2、蒙脱土 3、氧化石墨烯6、乙烯基三乙氧基硅烷I;
本发明所述一种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜，由以下具体步骤制成:
(1)将汉麻纤维放入倍量的lmol/L的氢氧化钠溶液中，常压下，加热至100°C，蒸煮2.5小时，冷去后取出用Imo 1/L的盐酸洗至中性，放入烘箱中烘干后放入粉碎机中粉碎成200目粉末待用;将硅烷偶联剂kh-550溶于蒸馏水中，形成浓度为1%的硅烷偶联剂kh-550水溶液，将粉碎成200目的汉麻纤维浸泡其中，加热至40-50°C，浸泡40分钟后过滤出沉淀物，然后让入烘箱中，以90-100°C干燥3小时即得表面处理的汉麻纤维粉料；
(2)将玉米淀粉溶于3倍量的蒸馏水中，边搅拌边滴入lmol/L的氢氧化钠溶液，直到pH值为9.5，然后在水浴条件下缓慢滴入环氧氯丙烷，控制水浴温度为50°C，搅拌反应4小时后，用lmol/L的盐酸调节pH值到6.5，静置30分钟后弃去上清液，用蒸馏水洗涤，放入烘箱中烘干待用；
(3)将步骤(I)得到的表面处理的汉麻纤维粉料与步骤(2)得到的烘干后的玉米淀粉混合后与甘油混合，放入捏合机中，在100-120°C的条件下捏合30分钟后挤出，然后将挤出的混合物放入球磨机中球磨6小时，然后放入烘箱中，在130-140°C条件下烘干即得增强母料；
(4)将蒙脱土、氧化石墨烯、乙烯基三乙氧基硅烷混合后放入球磨机中球磨2-3小时后加入总量10倍量的蒸馏水水，以300转/分的速度搅拌形成悬浊液，然后加入聚乙二醇，加热至40-50°C，搅拌30分钟后，加热至80°C，以1200转/分的速度搅拌2小时，停止搅拌后静置取沉淀物，用蒸馏水冲洗沉淀物3次，最后将沉淀物放入造粒机中进行挤出造粒，然后烘箱中充分烘干，得到干燥颗粒；
(5)将聚乳酸加入密炼机中，以150°C的温度塑炼I分钟，然后加入步骤(3)得到的增强母料以及步骤(4)得到的干燥颗粒，继续混炼10分钟后进行热熔挤出吹塑成膜，最后定性收卷、包装即得。
[0013]将本发明产品进行堆肥实验，结果表明，在81天后的生物分解率>60%。按照GB/T1040.3-2006进行力学性能测试，横向拉伸负荷为4.15N，横向断裂伸长率为849.9%;纵向拉伸负荷为4.09N，纵向断裂伸长率为631.6%，检测结果说明本发明产品已达到普通塑料膜的要求，相关指标优于国家对生物可降解材料的规定要求。
【主权项】
1.一种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜，其特征在于，由下列重量份的原料制备制成:聚乳酸80-85、玉米淀粉20-25、汉麻纤维25-30、硅烷偶联剂kh-550 0.8-1、甘油12-14、环氧氯丙烷1.6-2、lmol/L的氢氧化钠溶液适量、lmol/L的盐酸适量、蒸馏水适量、聚乙二醇2-3、蒙脱土 3-4、氧化石墨烯6-8、乙烯基三乙氧基硅烷1-1.3。2.根据权利要求1所述一种氧化石墨烯阻隔性能增强的全降解塑料薄膜，其特征在于，由以下具体步骤制成: (1)将汉麻纤维放入倍量的lmol/L的氢氧化钠溶液中，常压下，加热至100°C，蒸煮2.5-3小时，冷去后取出用Imo I /L的盐酸洗至中性，放入烘箱中烘干后放入粉碎机中粉碎成200目粉末待用；将硅烷偶联剂kh-550溶于蒸馏水中，形成浓度为1%的硅烷偶联剂kh-550水溶液，将粉碎成200目的汉麻纤维浸泡其中，加热至40-50°C，浸泡40-60分钟后过滤出沉淀物，然后让入烘箱中，以90-100°C干燥3-4小时即得表面处理的汉麻纤维粉料； (2)将玉米淀粉溶于3倍量的蒸馏水中，边搅拌边滴入lmol/L的氢氧化钠溶液，直到pH值为9.5，然后在水浴条件下缓慢滴入环氧氯丙烷，控制水浴温度为50°C，搅拌反应4-5小时后，用lmol/L的盐酸调节pH值到6.5，静置30分钟后弃去上清液，用蒸馏水洗涤，放入烘箱中烘干待用； (3)将步骤(I)得到的表面处理的汉麻纤维粉料与步骤(2)得到的烘干后的玉米淀粉混合后与甘油混合，放入捏合机中，在100-120°C的条件下捏合30-40分钟后挤出，然后将挤出的混合物放入球磨机中球磨6-8小时，然后放入烘箱中，在130-140°C条件下烘干即得增强母料； (4)将蒙脱土、氧化石墨烯、乙烯基三乙氧基硅烷混合后放入球磨机中球磨2-3小时后加入总量10倍量的蒸馏水水，以300转/分的速度搅拌形成悬浊液，然后加入聚乙二醇，加热至40-50°C，搅拌30分钟后，加热至80°C，以1200转/分的速度搅拌2小时，停止搅拌后静置取沉淀物，用蒸馏水冲洗沉淀物3次，最后将沉淀物放入造粒机中进行挤出造粒，然后烘箱中充分烘干，得到干燥颗粒； (5)将聚乳酸加入密炼机中，以150°C的温度塑炼I分钟，然后加入步骤(3)得到的增强母料以及步骤(4)得到的干燥颗粒，继续混炼10-12分钟后进行热熔挤出吹塑成膜，最后定性收卷、包装即得。
【文档编号】C08L71/08GK105968746SQ201610114686
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年3月1日
【发明人】李峰, 郑志龙
【申请人】安徽猛牛彩印包装有限公司