氧化石墨烯硅氧烷疏水改性纳米Mg(OH)2的制备及其阻燃抗菌聚乳酸材料的制作方法

：本发明涉及聚乳酸功能改性，具体涉及一种一种氧化石墨烯硅氧烷疏水改性纳米mg(oh)2的制备及其阻燃抗菌聚乳酸材料。

背景技术

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背景技术：

1、聚乳酸(pla)是一种环保型高分子材料，具有良好的生物相容性和可降解性，被认为是替代石油基聚酯的具有广阔发展前景的绿色生物基材料。但是pla的元素组成(碳、氢、氧)与分子链结构(酯键高温下易被破坏，生成挥发性可燃物)决定了其与通用高分子一样存在着易燃烧的缺陷。聚乳酸的易燃性限制了其在某些特殊场合的应用。此外，pla本身不具有抗菌性，当用于食品包装膜、生物医用材料或纺织纤维材料时，细菌在pla上的失控会严重导致诸如疾病、变色和恶臭等恶劣影响。pla的高可燃性和无抗菌基团限制了其应用范围，特别是那些需要阻燃和抗菌的应用领域，因此对pla进行阻燃和抗菌功能改性是必要的。

2、纳米mg(oh)2是一种纳米尺寸的无机材料，具有化学稳定性和热稳定性好等优点，是高分子材料阻燃的理想材料。此外，纳米mg(oh)2还具有广谱抗菌性能，是无机抗菌材料的代表，具有良好的稳定性和持久的抗菌性。因此，纳米mg(oh)2作为阻燃剂和抗菌剂可用于pla材料的阻燃抗菌功能改性。

3、但纳米mg(oh)2作为阻燃剂在使用过程中也存在如下问题：mg(oh)2阻燃多通过物理方式产生，阻燃效率不高，需要较大的添加量才能达到需要的阻燃效果，尽管通过制备成纳米颗粒，可在一定程度上提高阻燃效率，但仍无法满足低添加量的阻燃需求；纳米mg(oh)2颗粒之间容易产生团聚，影响其在pla中的分散性；由于纳米mg(oh)2是一种亲水性无机材料，而聚乳酸是疏水性脂肪族聚酯，因此纳米mg(oh)2和pla材料相容性差，界面结合弱。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2的制备方法及其在阻燃抗菌聚乳酸材料制备中的应用，目的是改善纳米mg(oh)2的阻燃抗菌性能。

2、本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

3、本发明的第一个目的是提供一种纳米mg(oh)2的制备方法，该方法包括：将镁盐溶液与含有表面活性剂的naoh溶液以双滴加的方式缓慢滴加到底物溶液中，搅拌反应，反应结束后抽滤，水洗，干燥，得到纳米mg(oh)2。

4、优选地，所述底物溶液由氨水或naoh加去离子水配制而成，浓度为0～1.0mol/l。

5、优选地，所述表面活性剂为聚乙二醇或硬脂酸钠，用量为naoh质量的1～3％。

6、优选地，所述naoh溶液的浓度为1.5～3.0mol/l。

7、优选地，所述镁盐溶液由mgcl2·6h2o或mgso4·7h2o加去离子水配制而成，浓度为1～2mol/l。

8、优选地，所述搅拌反应的温度为40～60℃。

9、本发明的第二个目的是提供根据前述的制备方法得到的纳米mg(oh)2。

10、本发明的第三个目的是提供一种氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2的制备方法，包括以下步骤：

11、(1)将硅烷偶联剂溶解于溶剂中，再加入所述纳米mg(oh)2，搅拌反应，得到硅氧烷改性纳米mg(oh)2分散液；

12、(2)将氧化石墨烯在溶剂中超声剥离，然后加入步骤(1)制备的硅氧烷改性纳米mg(oh)2分散液，搅拌反应，反应结束后离心分离，水洗，干燥，得到氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2。

13、优选地，所述硅烷偶联剂为含氨基的硅烷偶联剂，优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷。

14、优选地，所述纳米mg(oh)2与硅烷偶联剂的质量比为1:(3～5)。

15、优选地，所述氧化石墨烯的用量为硅烷偶联剂和纳米mg(oh)2总质量的10～20％。

16、优选地，步骤(1)和步骤(2)中，所述搅拌反应的温度为60～80℃。

17、优选地，步骤(1)和步骤(2)中，所述溶剂为乙醇/水混合溶剂，乙醇的体积分数10～30％。

18、本发明的第四个目的是提供根据前述的制备方法得到的氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2。

19、本发明的第五个目的是提供所述氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2作为阻燃抗菌剂的用途。

20、本发明的第六个目的是提供所述氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2在阻燃抗菌聚乳酸材料制备中的应用。

21、本发明的第七个目的是提供一种阻燃抗菌聚乳酸材料，包括聚乳酸树脂和所述氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2。

22、所述氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2在阻燃抗菌聚乳酸材料中的质量占比为8～15％。

23、本发明的第八个目的是提供一种阻燃抗菌聚乳酸材料的制备方法，该方法包括：将干燥的聚乳酸树脂和所述氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，得到阻燃抗菌聚乳酸材料。

24、优选地，所述双螺杆挤出机的熔融温度为180～200℃，转速为200～250rpm。

25、上述阻燃抗菌聚乳酸材料还可以包括本领域常用的功能助剂，如补强剂、抗氧剂、抗静电剂、防紫外线剂等。

26、本发明的有益效果是：

27、1)本发明采用双滴反向沉淀法制备纳米mg(oh)2，可以保证反应体系的ph值始终高于等电点，有效避免反应过程中发生凝聚现象；双滴加的方式还有利于降低反应体系的过饱和度，对提高产物的分散性有利。

28、2)本发明采用含氨基的硅烷偶联剂对纳米mg(oh)2进行改性，一方面硅烷偶联剂在纳米mg(oh)2和聚乳酸高分子基体间的界面上可形成一个柔性变形层，这个变形层可以起到松弛界面应力的作用，改善纳米mg(oh)2与聚乳酸的界面结合力；另一方面硅氧烷作为疏水基，赋予纳米mg(oh)2一定的疏水性，改善纳米mg(oh)2与聚乳酸的相容性；再者，硅氧烷的热稳定性高，可以协同纳米mg(oh)2发挥增强阻燃作用。

29、3)本发明利用氧化石墨烯的两亲性有效提高改性纳米mg(oh)2与聚乳酸基体的相容性，且氧化石墨烯表面的-cooh与氨基改性纳米mg(oh)2表面的-nh2发生反应，形成共价键，提高改性牢度。

30、4)氧化石墨烯、硅氧烷、纳米mg(oh)2本身均具有一定的阻燃效果，将这三种物质以本发明的形式有机组合后对pla进行阻燃改性，相较于单独加入这三种物质来说，本发明制备的氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2与聚乳酸基体的相容性和协效作用优异。

技术特征：

1.一种纳米mg(oh)2的制备方法，其特征在于：将镁盐溶液与含有表面活性剂的naoh溶液以双滴加的方式缓慢滴加到底物溶液中，搅拌反应，反应结束后抽滤，水洗，干燥，得到纳米mg(oh)2。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述底物溶液由氨水或naoh加去离子水配制而成，浓度为0～1.0mol/l；

3.根据权利要求1或2所述的制备方法得到的纳米mg(oh)2。

4.一种氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述硅烷偶联剂为含氨基的硅烷偶联剂，优选为γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三甲氧基硅烷；

6.根据权利要求4或5所述的制备方法得到的氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2。

7.权利要求6所述的氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2作为阻燃抗菌剂的用途。

8.权利要求6所述的氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2在阻燃抗菌聚乳酸材料制备中的应用。

9.一种阻燃抗菌聚乳酸材料，包括聚乳酸树脂和权利要求6所述的氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2；

10.权利要求9所述的阻燃抗菌聚乳酸材料的制备方法，其特征在于：将干燥的聚乳酸树脂和所述氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米mg(oh)2混合均匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，得到阻燃抗菌聚乳酸材料；

技术总结
本发明公开了一种疏水改性纳米氢氧化镁的制备及阻燃抗菌聚乳酸材料，涉及聚乳酸功能改性技术领域，本发明采用含氨基的硅烷偶联剂对纳米Mg(OH)2进行改性，改善纳米Mg(OH)2与聚乳酸的界面结合力和相容性，硅氧烷还能协同纳米Mg(OH)2发挥增强阻燃作用；并利用氧化石墨烯的两亲性有效提高改性纳米Mg(OH)2与聚乳酸基体的相容性，且氧化石墨烯表面的‑COOH与氨基改性纳米Mg(OH)2表面的‑NH2发生反应，形成共价键，提高改性牢度；采用本发明制备的氧化石墨烯/硅氧烷改性纳米Mg(OH)2对聚乳酸进行功能改性能够得到阻燃抗菌聚乳酸材料。

技术研发人员：袁冰倩,袁梦,张丽
受保护的技术使用者：安徽元梦生物基材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14