溶剂‑熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法与流程

本发明涉及一种溶剂-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法。

背景技术：

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，也称聚丁烯琥珀酸酯或聚琥珀酸丁二酯，它的主链中含有易水解的酯键，且主链柔顺，是一种具有完全生物降解性能的半晶热塑性树脂，熔点114℃，结晶度在40～60％之间。它的性能介于聚乙烯和聚丙烯之间，可直接作为塑料加工。它具有良好的加工性能，可以在普通的设备上进行成型加工，也可以进行注塑、吹塑、吹膜、吸塑、层压、发泡、纺丝等成型加工。聚丁二酸丁二醇酯具有良好的生物可降解性能，可作为全生物可降解材料，应用于餐饮用具、日杂用品、农用材料、生物医用高分子材料等方面，也可以作为材料玩具、家电、日化、食品、药品的包装材料。

石墨烯(GE)具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。

因此，本发明想要通过石墨烯提高聚丁二酸丁二醇酯的力学性能和耐热性，以扩大其应用范围。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种溶剂-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种溶剂-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法，包括以下步骤：

S1，将PBS冷冻处理后并快速粉碎；

S2，将石墨烯均匀分散在溶剂中形成混合液；

S3，将粉碎后的PBS加入所述混合液中搅拌均匀，使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；

S4，将步骤S3所获得的产物干燥；以及

S5，将步骤S4所获得的产物置于120℃的双辊开炼机进行包辊，直到获得表面光滑均匀的样品后逐渐降低辊温到90℃下片，获得石墨烯/PBS复合薄膜。

作为进一步改进的，在步骤S1中，所述将PBS冷冻处理后并快速粉碎的步骤包括：

S11，取适量PBS在液氮中冷冻30min；以及

S12，快速在粉碎机中粉碎，并保存于冰箱中待用。

作为进一步改进的，在步骤S2中，所述将石墨烯均匀分散在溶剂中形成混合液的步骤包括：将石墨烯放入溶剂里进行超声震荡10-36h，使石墨烯均匀的分散在溶剂中。

作为进一步改进的，在步骤S2中，所述溶剂为易挥发的有机溶剂。

作为进一步改进的，在步骤S4中，所述将步骤S3所获得的产物干燥的步骤包括：将步骤S3所获得的产物放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥。

作为进一步改进的，在步骤S5中，所述双辊开炼机中双棍的间距为0.5mm。

作为进一步改进的，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.1％～2.0％。

作为进一步改进的，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.1％～0.7％。

本发明提供的溶剂-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法具有以下优点：其一，通过将高分子量的PBS冷冻粉碎，从而可以使PBS共混更均匀；其二，通过将粉碎后的PBS及石墨烯分散于溶剂中，可以使分散更均匀且避免石墨烯的团聚；其三，将复合材料在二辊混炼机中共混，通过对熔融温度和挤出压力等工艺参数的控制，可得性能更加优越的复合成品材料；其四，所述方法获得的石墨烯/PBS复合材料具有良好的热学性能和力学性能，可以扩展PBS的应用；最后，本发明还具有工艺简单，易于工业化生产等特点。

附图说明

图1为本发明实施例的溶剂-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法的流程图。

图2为本发明实施例及对比例提供的石墨烯/PBS复合材料及PBS材料的吸热曲线图。

图3为本发明实施例及对比例提供的石墨烯/PBS复合材料及PBS材料的红外图谱。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

请参见图1，本发明实施例提供一种溶剂-熔融法相结合制备石墨烯/PBS复合材料的方法，包括以下步骤：

S1，将PBS冷冻处理后并快速粉碎；

S2，将石墨烯均匀分散在溶剂中形成混合液；

S3，将粉碎后的PBS加入所述混合液中搅拌均匀，使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；

S4，将步骤S3所获得的产物干燥；以及

S5，将步骤S4所获得的产物置于120℃的双辊开炼机进行包辊，直到获得表面光滑均匀的样品后逐渐降低辊温到90℃下片，获得石墨烯/PBS复合薄膜。

在步骤S1中，所述将PBS冷冻处理后并快速粉碎的步骤包括：

S11，取适量PBS在液氮中冷冻30min；以及

S12，快速在粉碎机中粉碎，并保存于冰箱中待用。

在步骤S2中，所述将石墨烯均匀分散在溶剂中形成混合液的步骤包括：将石墨烯放入溶剂里进行超声震荡10-36h，使石墨烯均匀的分散在溶剂中。

在步骤S2中，所述溶剂为易挥发的有机溶剂，如，乙醇、甲醇、丙酮等有机溶剂。

在步骤S4中，所述将步骤S3所获得的产物干燥的步骤包括：将步骤S3所获得的产物放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥。

在步骤S5中，所述双辊开炼机中双棍的间距为0.2mm～2.0mm，从而可以获得厚度为0.2mm～2.0mm的石墨烯/PBS复合薄膜。所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.1％～2.0％。优选的，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.7％～1.0％。更优选的，所述石墨烯/PBS复合薄膜中石墨烯的质量含量为0.7％～0.9％。

实施例1：

取99.9000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.1000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。

实施例2：

取99.7000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.3000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。

实施例3：

取99.5000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.5000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。

实施例4：

取99.3000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.7000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。

实施例5：

取99.1000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；准确称量0.9000g石墨烯放入无水乙醇中烧杯里进行超声震荡24h，使石墨烯均匀的分散在无水乙醇中；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时使石墨烯均匀的覆盖在PBS的表面；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS复合材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。

对比例：

取100.000gPBS在液氮中冷冻30min，快速在粉碎机中粉碎，保存于冰箱中待用；将粉碎的PBS置于烧杯，均匀搅拌6个小时；将得到的样品放入40℃的真空干燥箱内干燥24h使样品完全干燥；将PBS材料置于120℃的双辊开炼机进行包辊，两辊之间距离为0.5mm，当获得光滑均匀的样品表面后逐渐降低辊温，于90℃下片，获得厚度为0.5mm的样品薄膜。

请参照图2-3及表1，从图2中可以看出，石墨烯/PBS复合材料相对于PBS材料的吸热峰值具有显著的升高，从65℃左右升高到75～78℃左右。从图3可以看出，石墨烯/PBS复合材料与PBS材料的红外曲线基本吻合。从表1可以看出，石墨烯/PBS复合材料相对于PBS材料均具有更好的断裂伸长率，且杨氏模量显著降低，其中，石墨烯的质量含量为0.1％-0.7％变化最为显著。最后，所述石墨烯/PBS复合材料还具有良好的导电性能。

表1为实施例和对比例中获得的样品的物理参数

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。