[发明专利]一种石墨烯-天然橡胶复合增韧改性聚乳酸薄膜及制法

说明书

本发明涉及聚乳酸薄膜技术领域，且公开了一种石墨烯‑天然橡胶复合增韧改性聚乳酸薄膜，甲基丙烯酸缩水甘油酯与天然橡胶在引发剂作用下共聚，得到橡胶共聚物，其与氨基化石墨烯反应，得到橡胶共聚物改性石墨烯，其与4‑羟基哌啶反应，产物进一步与亚磷酸二苄酯反应，得到磷酸二苄酯基橡胶改性石墨烯，甲基丙烯酸缩水甘油酯与聚乳酸有着良好的相容性，有利于石墨烯的分散，石墨烯可以吸收和分散应力，天然橡胶具有良好的柔顺性，增强了聚乳酸薄膜吸收塑性形变功的能力，此外，石墨烯可以形成物理阻隔层，磷酸二苄酯基团可以促进聚乳酸基体成炭，从而进一步提高了聚乳酸薄膜的阻燃性能。

技术领域

本发明涉及聚乳酸薄膜技术领域，具体为一种石墨烯-天然橡胶复合增韧改性聚乳酸薄膜及制法。

背景技术

薄膜是一种主要由塑料、胶黏剂、橡胶或者其他材料制备而成的薄且软的透明薄片，按用途来分可以将薄膜分为光学薄膜、超导薄膜、聚脂薄膜、尼龙薄膜、塑料薄膜等，而塑料薄膜在饮料包装、速冻食品包装、快餐食品包装等食品包装领域应用广泛，与人类的生活息息相关，在众多的塑料薄膜中，聚乳酸薄膜具有生物降解性，不会对环境造成污染，因此得到了广泛的研究，但是聚乳酸薄膜也有着阻燃性差、拉伸强度和冲击强度低等缺点，用作薄膜时往往难以承受重物，因此需要对传统的聚乳酸薄膜进行改性，研究发现，在聚乳酸基体中添加碳纳米管、石墨烯等具有超强性能的无机纳米材料，或者是与具有增强增韧效果的聚乙二醇、天然橡胶等有机高分子材料进行共混，可以有效地提高聚乳酸基体的力学、机械、阻燃等综合性能，从而进一步拓展聚乳酸薄膜的应用领域。

石墨烯是一种性能十分优异的无机纳米材料，一经发现就引起了全世界范围内的轰动，质轻、强度、导电导热性能等性能都十分强大，因此在军工、骑车、航空航天等重工业都有着一定的应用，随着研究的不断深入，石墨烯的功能被进一步开发，在当前有机-无机杂化材料飞速发展的现代，石墨烯也逐渐被用于有机高分子材料的填充物领域中，但是石墨烯十分容易团聚，添加量较多时容易在有机高分子材料中团聚，因此需要对石墨烯进行改性，石墨烯经过氧化后，表面会含有羟基、羧基等活性官能团，通过这些活性官能团进一步引入具有增强增韧效果的聚乙烯醇、天然橡胶等有机高分子，或者是引入DOPO、亚磷酸二苄酯等阻燃功能性小分子，通过综合石墨烯、有机高分子和功能性小分子的综合性能，来改善石墨烯作为功能性添加剂的缺陷，并进一步提高石墨烯的应用范围。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯-天然橡胶复合增韧改性聚乳酸薄膜及制法，解决了传统的聚乳酸薄膜力学性能和阻燃性能较差的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种石墨烯-天然橡胶复合增韧改性聚乳酸薄膜，所述石墨烯-天然橡胶复合增韧改性聚乳酸薄膜的制法包括以下步骤：

(1)向甲苯溶剂中加入天然橡胶，升高温度至40-60℃，搅拌混合均匀后，继续加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和过氧化苯甲酰，搅拌均匀后转移至油浴锅中，升高温度进行聚合反应，产物冷却后过滤、洗涤并干燥，得到丙烯酸缩水甘油酯-橡胶共聚物；

(2)向三口瓶中加入甲苯溶剂、氨基化石墨烯，超声分散均匀后，加入丙烯酸缩水甘油酯-橡胶共聚物，搅拌均匀后，转移至油浴锅中，升高温度进行开环反应，产物离心、洗涤并干燥，得到缩水甘油酯-橡胶共聚物改性石墨烯；

(3)向三口瓶中加入体积比为10:2-4的甲苯和二氯甲烷混合溶剂、缩水甘油酯-橡胶共聚物改性石墨烯，超声分散均匀，加入4-羟基哌啶，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以50-70℃中进行开环反应2-6h，反应结束后向体系中继续加入亚磷酸二苄酯的四氯化碳溶液和三乙胺，升高温度进行磷酸酯化反应，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到磷酸二苄酯基橡胶改性石墨烯；

(4)向反应器中加入三氯甲烷溶剂、聚乳酸和磷酸二苄酯基橡胶改性石墨烯，加热至40-60℃，超声搅拌至溶解成均一的混合液，转移至自动涂膜机中进行涂膜，制备得到石墨烯-天然橡胶复合增韧改性聚乳酸薄膜。