C3N4及其复合物在塑料中作为性能调节剂的用途的制作方法

c3n4及其复合物在塑料中作为性能调节剂的用途
技术领域
1.本发明涉及塑料技术领域，尤其涉及一种c3n4及其复合物在塑料中作为性能调节剂的用途。


背景技术：

2.在塑料包装尤其是薄膜包装中，氧气和水蒸气的含量对食品、药品、果蔬等品质有重要影响，氧气和水蒸气是加速食品、药品、果蔬等产品变质的重要原因之一，普通的塑料膜对于氧气和水蒸气的阻隔是无法满足长时间下产品品质要求的，无法达到长时间运输储藏要求的，因此降低氧气和水蒸气的透过率，提高阻隔性，是塑料包装尤其是薄膜包装亟待解决的问题，可提高产品品质，减少产品损失，有利于保护产品。另外，若能降低塑料的熔融温度，有利于材料成型，极大扩展了热塑性材料在功能型制品领域的应用范围


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于提供一种c3n4及其复合物在塑料中作为性能调节剂的用途，旨在解决现有的塑料制品的氧气和水蒸气阻隔性低，以及材料加工成型的熔融温度高的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种c3n4及其复合物在塑料中作为性能调节剂的用途，采用无机非金属材料c3n4及其复合物作为性能调节剂，通过与热塑性塑料加热熔融的方式应用于热塑性塑料中，用于改善所述热塑性塑料的熔融温度、氧气阻隔性和水蒸气阻隔性中的至少一种性能。
5.无机非金属材料c3n4及其复合物与所述热塑性塑料的质量比为0.01-5：100，且在所述质量比范围内，所述热塑性塑料的熔融温度随着c3n4及其复合物的添加量的增加而降低，其氧气阻隔性和水蒸气阻隔性均随着c3n4及其复合物的添加量的增加而增强，可通过控制c3n4及其复合物的添加量，实现所述热塑性塑料的性能调节。
6.可选的，在一实施例中，所述无机非金属材料c3n4复合物包括c3n4、石墨烯/c3n4、bn/c3n4、sio2/c3n4、go/c3n4、bi2o3/c3n4、bi2o2co3/c3n4、n-bi2o2co3/c3n4、biocl/c3n4、硼掺杂c3n4、硅掺杂c3n4、碳掺杂c3n4、磷掺杂c3n4、氮掺杂c3n4、氧掺杂c3n4、硫掺杂c3n4其中的一种或者多种。
7.可选的，在一实施例中，所述热塑性塑料包括聚乙烯(pe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚氯乙烯(pvc)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚酰胺(pa)、热塑性聚氨酯(tpu)等高分子塑料中的一种或多种。
8.可选的，在一实施例中，所述聚乙烯(pe)包括低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe)高分子塑料中的一种或者多种。
9.可选的，在一实施例中，所述加热熔融的方式，包括以下步骤：
10.分别按配比称取无机非金属材料c3n4及其复合物和热塑性塑料；
11.将所述无机非金属材料c3n4及其复合物、所述热塑性塑料混合均匀获得混合物；
12.加热熔融所述混合物。
13.可选的，在一实施例中，所述加热熔融所述混合物的温度范围在100℃-300℃。
14.可选的，在一实施例中，所述加热熔融所述混合物的的时间为1-10小时。
15.可选的，在一实施例中，将所述c3n4及其复合物作为性能调节剂应用于所述热塑性塑料后，还包括进一步通过塑料加工工艺制得塑料制品，所述塑料加工工艺包括注塑、吹塑、吸塑和挤塑。
16.本发明提供的技术方案中，将无机非金属材料c3n4及其复合物作为性能调节剂加入到热塑性塑料中，用以可控调节热塑性塑料的性能，并且二者通过加热熔融方式混合，无机非金属材料c3n4及其复合物与热塑性塑料相互反应，使得无机非金属材料c3n4及其复合物与热塑性塑料牢固结合；c3n4及其复合物的加入引起了塑料的熔融温度变化，同时改变了其氧气阻隔性和水蒸气阻隔性等性能，并且根据加入量的变化，熔融温度随着c3n4及其复合物的添加量的增加而降低，氧气阻隔性和水蒸气阻隔性均随着c3n4及其复合物的添加量的增加而增强，可通过控制c3n4及其复合物的添加量，实现所述热塑性塑料的性能调节。
具体实施方式
17.为了便于理解本发明，下面结合具体实施例，对本发明进行更详细的说明。本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
18.此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
19.一种c3n4及其复合物在塑料中作为性能调节剂的用途，采用无机非金属材料c3n4及其复合物作为性能调节剂，通过与热塑性塑料加热熔融的方式应用于热塑性塑料中，用于改善所述热塑性塑料的熔融温度、氧气阻隔性和水蒸气阻隔性中的至少一种性能，无机非金属材料c3n4及其复合物与所述热塑性塑料的质量比为0.01-5：100，且在所述质量比范围内，所述热塑性塑料的熔融温度随着c3n4及其复合物的添加量的增加而降低，其氧气阻隔性和水蒸气阻隔性均随着c3n4及其复合物的添加量的增加而增强，可通过控制c3n4及其复合物的添加量，实现所述热塑性塑料的性能调节。
20.所述无机非金属材料c3n4及其复合物中的包括c3n4、石墨烯/c3n4、bn/c3n4、sio2/c3n4、go/c3n4、bi2o3/c3n4、bi2o2co3/c3n4、n-bi2o2co3/c3n4、biocl/c3n4、硼掺杂c3n4、硅掺杂c3n4、碳掺杂c3n4、磷掺杂c3n4、氮掺杂c3n4、氧掺杂c3n4、硫掺杂c3n4其中的一种或者多种。；所述热塑性塑料包括聚乙烯(pe)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚碳酸酯(pc)、聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚氯乙烯(pvc)、聚丙烯(pp)、聚苯乙烯(ps)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)、聚酰胺(pa)、热塑性聚氨酯(tpu)等高分子塑料中的一种或多种。其中聚乙烯(pe)可以为低密度聚乙烯(ldpe)、高密度聚乙烯(hdpe)、线性低密度聚乙烯(lldpe)其中的一种或多种组合。
21.实施例1：
22.分别称取0.1质量份的无机非金属材料c3n4和100质量份的聚乙烯，
23.将上述质量份的无机非金属材料c3n4和聚乙烯充分混匀，
24.120℃-135℃加热熔融混合1-10小时。
25.实施例2：
26.分别称取1质量份的无机非金属材料c3n4和100质量份的聚乙烯，
27.将上述质量份的无机非金属材料c3n4和聚乙烯充分混匀，
28.120℃-135℃加热熔融混合1-10小时。
29.实施例3：
30.分别称取5质量份的无机非金属材料c3n4和100质量份的聚乙烯，
31.将上述质量份的无机非金属材料c3n4和聚乙烯充分混匀，
32.120℃-135℃加热熔融混合1-10小时。
33.实施例4作为对比实施例：
34.称取100质量份的聚乙烯，120-135℃加热熔融混合1-10小时。
35.将上述实施例1-4中的所获得的加工后的塑料，分别经塑料加工工艺进一步加工可得到塑料制品。一般可使用塑料吹塑工艺将实施例1-4中的所获得的加工后的塑料制成塑料袋或者塑料膜。在其他实施例中，也可以使用其他的塑料加工工艺如注塑、吸塑和挤塑等，以制备并获得更多不同类型的塑料制品。
36.将上述实施例1-4中所制得的塑料制品分别进行熔融温度、氧气阻隔性和水蒸气阻隔性的测试。
37.1、熔融温度测试：
38.采用dsc(示差扫描量热法)测试材料的熔融温度，测试条件是气氛：氮气，速率：6度/分，温度：-20到200度。
39.2、氧气阻隔性测试，即测试薄膜氧气透过率：
40.按照国标gbt1038-2000塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法
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压差法，将样品放入测试舱中，关闭密封，开启仪器抽真空，排除样品吸附的气体和水蒸气，完成之后，开启透气测试，记录低压变化和实验时间，计算出压差值，以此计算样品的气体透过量和气体透过率。测试条件：湿度50％rh，温度23℃，样品长宽：135*135mm。
41.3、水蒸气阻隔性测试，即测试薄膜透湿量：
42.按照国标gbt 21529-2008塑料薄膜和薄片水蒸气透过率的测定
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电解传感器法，将样品放入固定湿度环境，样品处于渗透腔的干、湿腔之间，关闭密封，开启仪器，按照一定时间间隔测定电流变化值，根据计算得出水蒸气透过率即透湿量。测试条件：湿度90％rh，温度23℃，样品长宽：135*135mm。
43.上述实验的测试结果如表1所示：
44.表1塑料性能测试结果
[0045][0046]
通过上述的数据可以看出：
[0047]
(1)加入c3n4及其复合物会降低了塑料膜的起始熔融温度、并且随着加入量的增加，起始熔融温度呈下降的趋势；
[0048]
(2)对于氧气和水蒸气的阻隔性可分别由氧气透过率和透湿量看出，加入c3n4及其复合物后，氧气透过率和透湿量均下降，即提高了塑料膜的氧气和水蒸气的阻隔性，并且随着加入量的增加，氧气和水蒸气的阻隔性都增加。
[0049]
对于c3n4及其复合物能够在塑料中作为性能调节剂使用，猜想可能是因为c3n4及其复合物与塑料混合加热熔融之后，使得塑料本身的高分子长链，与c3n4及其复合物的结合后，由长链成了短链，需要消耗的能量减少，熔融温度降低；且c3n4及其复合物与塑料的高分子长链发生反应后，部分长链变短，会引起空间结构排列发生变化，使得微观排列更为紧密，使得原来的气体和水蒸气的通道变少和/或变小，不利于氧气和水蒸气透过，从而形成阻隔效果，导致氧气和水蒸气的阻隔性增加。
[0050]
综上，在本发明中，c3n4及其复合物作为性能调节剂，通过与热塑性塑料加热熔融的方式应用于热塑性塑料中，具有显著的氧气和水蒸气的阻隔性，并且熔融温度降低，有利于材料成型，极大扩展了热塑性材料在功能型制品领域的应用范围。
[0051]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。