[发明专利]一种石墨烯-可降解树脂母粒及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及可降解膜材料领域。更具体地说，本发明涉及一种石墨烯‑可降解树脂母粒的制备方法及其应用。一种石墨烯‑可降解塑料树脂母粒的制备方式，包括以下步骤：S1、制备两份N,N二甲基甲酰胺溶液，将石墨烯和扩链剂分别超声分散在N,N二甲基甲酰胺溶液中后，在搅拌条件下，向含有扩链剂的N,N二甲基甲酰胺溶液中加入含有石墨烯的N,N二甲基甲酰胺溶液，搅拌均匀后抽滤冻干得到改性石墨烯；具体的，1L N,N二甲基甲酰胺溶液内分散1～10g石墨烯，1L N,N二甲基甲酰胺溶液内溶解10～100g扩链剂；S2、将改性石墨烯、抗氧化剂和可降解树脂粒子混合搅拌后，依次经过熔融、挤出、水冷和造粒处理。

技术领域

本发明涉及可降解膜材料领域。更具体地说，本发明涉及一种石墨烯-可降解树脂母粒的制备方法及其应用。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子呈六角组装的二维纳米材料，是当前制备和使用最多的纳米材料，其有诸多优异的性能，目前已经广泛应用于复合材料领域。在复合材料领域主要应用其高强度、高导电性、高导热率的特性，特别在提升复合材料力学性能方面，只需要极少的添加量即可极大改善。

农业上使用最多的膜材料使用低密度聚乙烯制备，聚乙烯膜材料材质柔软，透明度高，生产成本低，且能够保持土壤湿度，提高土壤温度，防止害虫和微生物对于种植物的侵害，应用于花生、玉米、烟草和各类蔬菜等农作物。黑色膜材料是在树脂母粒中掺杂炭黑所得，相比于白色膜材料，其优势有以下几点：保肥能力更强，膜材料内的温度变化较小，比白色膜材料内温度低1～3℃，适用于对土壤温度较低的农作物，保水能力相比于白色膜材料提高4～10％，此外日光难以透过黑色膜材料，阻碍了膜材料内杂草对于日光吸收，可以抑制杂草生长。黑色膜材料也有缺点，最重要的是膜材料内升温速度较慢，并且温度较低。

从上世界70年代开始，我国对于聚乙烯膜材料的使用逐年增加，目前已经超过50万吨/年，覆盖面积超过2亿亩，成为当今不可或缺的农业材料，但是在带来了巨大的经济效应的同时也带来了诸多的环境问题。聚乙烯在自然条件下非常稳定，光降解和微生物降解都非常困难，一般只能通过焚烧处理，此法加剧了温室效应，第二次全国污染源普查显示，我国覆膜农田土壤中膜材料累积残留量达118.48万吨，在土壤中存留可达200～400年，对于土地的再次耕种造成了巨大影响。聚乙烯膜材料能够隔绝水分散失，同时残留的膜材料会阻碍雨水渗入进土地中，降低土壤的透湿性，对于土壤的肥力和其中微生物的活动造成影响，残留膜材料也能阻碍新生幼苗的发育，使肥料和土壤的使用效率降低，造成农作物产量下降，残留的膜材料也会和牲畜的饲料混合在一起，影响牲畜的消化系统，严重时会造其死亡，并进一步通过食物链影响人体健康，此外膜材料回收不彻底也会妨碍农器具的使用。目前针对以上或问题主要的解决方式有以下三种：一是开发回收残留膜材料的器具，现在已有滚筒式、弹齿式、齿链式、滚轮缠绕式和气力式等残膜回收机械；二是使用节约型膜材料，这种膜材料韧性高、抗老化能力强、可以重复使用，从而降低膜材料的使用量，但在使用数次后仍旧需要回收；三是开发可降解膜材料，其使用生物降解塑料可大大缩短降解时间，并可以根据当地的微生物类型、湿度、光照等气候条件，以及农作物的要求等调整膜材料的配方，制作对于当地条件最为适合的可降解膜材料，膜材料使用后无需回收，对于土壤基本没有污染，缩减了人力和物力。目前主要的可降解塑料有聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯(PBAT)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚羟基脂肪酸酯(PHA)、聚己内酯(PCL)。