專利名稱：一種具有防靜電和抗菌性能的薄膜包裝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高分子材料及其制備方法，主要涉及一種包裝材料及其制備方法，確切地說是一種具有防靜電和抗菌性能的薄膜材料及其制備方法，主要用于食品和醫(yī)藥用品等包裝。
背景技術(shù)：
靜電、細菌在我們的生活中無處不在，隨著通訊設(shè)備的廣泛應(yīng)用，以及我們生活環(huán)境的不斷惡化，防靜電、抗菌成為改善我們生活的必要手段。自從2004年英國曼徹斯特大學教授安德烈 海姆與康斯坦丁·諾沃肖洛夫證實石墨烯的存在并通過膠帶反復(fù)剝離石墨制備出石墨烯，并伴隨著科技工作者的不斷研究與證實，優(yōu)異的力學、電學、熱學、光學等性能，使石墨烯成為化學、材料科學及凝聚態(tài)物理學領(lǐng)域的寵兒。很早以前，人們就用銀針來檢測毒素，經(jīng)過之后的不斷發(fā)展，大量實驗證明銀對大多數(shù)病菌及細菌繁殖體具有很好的 殺滅作用。所以人們就將銀填充到樹脂中，使載銀薄膜材料給產(chǎn)品殺菌保護作用。在如今的軟包裝薄膜材料行業(yè)中，有各式各樣的防靜電薄膜，總之，防靜電薄膜的加工工藝大體為將一些導電物質(zhì)填充到樹脂中，經(jīng)過混煉、塑化、造粒、吹膜、復(fù)合等手段使單純的樹脂具有一定的導電性能即為防靜電材料。石墨烯是科學界公認的具有優(yōu)良導電性能的物質(zhì)，同時還具有很好的力學性能，可以提高材料的機械性能。而且在很早的食品與醫(yī)藥用品包裝行業(yè)中，通過載銀使包裝材料具有殺菌作用的工藝也很成熟。因而將二者結(jié)合使包裝材料具有雙重保護作用便水到渠成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種具有防靜電和抗菌性能的薄膜材料及其制備方法，所要解決的技術(shù)問題是使薄膜材料同時具有防靜電性能和抗菌性能，在添加優(yōu)良導電材料的同時，引進了具有很好殺菌性能的納米銀粒子，使薄膜集防靜電、抗菌于一體，給在靜電、電磁、細菌、微生物等惡劣環(huán)境下的食品、醫(yī)藥用品以良好的保護作用。本發(fā)明具有防靜電和抗菌性能的薄膜材料，其特征在于所述薄膜材料是以熱塑性塑料為基體材料，在基體材料中均布載銀石墨烯復(fù)合物；其中載銀石墨烯復(fù)合物的質(zhì)量為基體材料質(zhì)量的O. 5-10% ；所述載銀石墨烯復(fù)合物由氧化石墨烯和銀構(gòu)成，其中氧化石墨烯和銀的質(zhì)量比為
I:2-4。所述熱塑性塑料為聚乙烯。本發(fā)明具有防靜電和抗菌性能的薄膜材料的制備方法，包括氧化石墨的合成、載銀石墨烯的制備以及復(fù)合吹塑各單元過程所述載銀石墨烯的制備是在室溫下將IOmg氧化石墨分散到IOmL去離子水中，超聲分散形成均勻的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中依次加入5-10mL由O. 05mol/L的硝酸銀和O. 5mol/L的氨水配置的銀氨溶液和8-12mL的甲酸,水浴加熱攪拌均勻后在室溫下靜置反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后依次經(jīng)離心、洗滌和干燥得到載銀石墨烯復(fù)合物；干燥過程中還除去了(NH4) 2C03，所用的銀氨溶液要現(xiàn)配現(xiàn)用，同時可以通過改變硝酸銀的濃度來制備不同載銀量的復(fù)合納米粒子。所屬銀氨溶液是將O. 5mol/L的氨水滴加到10ml、0. 05mol/L的硝酸銀溶液中配制得到的銀氨溶液。所述復(fù)合吹塑是將所述載銀石墨烯復(fù)合物與熱塑性塑料混合，載銀石墨烯復(fù)合物的添加量為熱塑性塑料質(zhì)量的O. 5-10%，然后加入硅烷偶聯(lián)劑、潤滑劑和抗氧劑，經(jīng)混煉和造粒后通過常規(guī)共擠吹膜工藝吹膜，并進行電暈處理，得到薄膜材料。所述氧化石墨是按以下方法制備得到的在冰水浴的條件下將質(zhì)量濃度98%的濃硫酸和質(zhì)量濃度65%的濃硝酸按2 I的體積比加入三口燒瓶中，攪拌混合均勻后得到250-350mL混酸溶液，將15_25g石墨片加入混酸溶液中，混合均勻后再加入85-95g氯酸鉀(5g/5min)，于0-10°C攪拌反應(yīng)90-100小時，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水稀釋反應(yīng)液，過濾后用鹽酸洗滌至無硫酸根離子(氯化鋇溶液檢測無沉淀)，再用蒸餾水洗滌至中性，離心并干燥后得到氧化石墨。所述硅烷偶聯(lián)劑優(yōu)選KH550，添加量為所述熱塑性塑料質(zhì)量的5-15% ；所述潤滑劑為石蠟，添加量為所述熱塑性塑料質(zhì)量的1-5% ；所述抗氧劑為硫代二丙酸二酯(DTSP)，添加量為所述熱塑性塑料質(zhì)量的1-2%。·本發(fā)明制備的薄膜還可通過常規(guī)干式復(fù)合工藝與聚酯(PET)、尼龍(PA)、鋁箔(Al)、高強度纖維布中的一種或幾種復(fù)合，擴大使用范圍。因載銀石墨烯復(fù)合物無法長時間的儲存，因此在具體實施過程中可將載銀石墨烯復(fù)合物與熱塑性塑料混煉并造粒制成母料儲存，再在需要時根據(jù)不同的濃度要求與熱塑性塑料經(jīng)混煉、擠出造粒并吹塑成型得到薄膜材料。本發(fā)明薄膜材料適合運用于軟包裝材料領(lǐng)域，用于解決防靜電、抗菌雙重作用。本發(fā)明薄膜材料的電阻率在IO2到IO5歐姆/ m2，而抗菌性能也達到30-40%，優(yōu)良的雙重性能使得本發(fā)明較以往的薄膜包裝材料有更加明顯的優(yōu)勢，且將防靜電和抗菌性能結(jié)合。與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在I、本發(fā)明充分的運用了銀鏡反應(yīng)的特點，不是簡單的相加，而是通過自己的合成方法制備得到形貌和性能優(yōu)異的填料載銀石墨烯復(fù)合物，且合成過程相對簡單，可以通過改變添加銀氨溶液和-CHO的量來控制復(fù)合物中載銀的含量，因為合成填料的過程大多數(shù)在室溫中反應(yīng)，成本易控制，耗能較少。2、本發(fā)明通過添加少量的載銀石墨烯復(fù)合物(O. 5-10%，是添加炭黑量的一半甚至更少)就可以達到抗靜電薄膜的標準要求，并且有效的改善了材料的機械性能。加工得到的薄膜材料質(zhì)地良好，通過簡單的熱復(fù)合就可以加工成防靜電-抗菌一體的包裝材料。
四
圖I為本發(fā)明制備的氧化石墨的掃描電鏡照片。圖2為天然鱗片石墨的掃描電鏡照片。由圖I和圖2可以看出石墨通過氧化褪去了石墨的金屬亮色，是因為各層間的距離拉大，且有部分的單層、雙層或多層已經(jīng)脫離了石墨片層，另外化學氧化有效的減弱了石墨層間的范德華力，給以后的剝離提供了能量。圖3為氧化石墨烯的透射電鏡照片，由圖可以看出被剝離下來的氧化石墨烯，其厚度已經(jīng)達到納米級。而且剝離的比較徹底，從透射電鏡照片可以看到某些地方呈現(xiàn)褶皺或是折疊狀，這些形貌是為了降低表面能使其穩(wěn)定存在。圖4為氧化石墨的X射線能譜圖，在能譜圖上是看不到H元素的，氧化過程中給石墨層間引入了 -0H、-C00H和=C=O等，但未引入其他的元素。圖5是對氧化石墨的XRD表征，天然鱗片石墨的衍射特征峰在2 Θ =26° (曲線a)，而曲線b是氧化石墨的XRD圖譜，在2 Θ =12°處出現(xiàn)了氧化石墨的特征衍射峰，GO在
29=26°的峰很小說明氧化過程比較完全。
五具體實施方式
實施例I :I、氧化石墨的制備 在冰水浴的條件下將200mL質(zhì)量濃度98%的濃硫酸和IOOmL質(zhì)量濃度65%的濃硝酸按加入500mL三口燒瓶中，攪拌混合均勻后得到混酸溶液，將20g天然鱗片石墨加入混酸溶液中，混合均勻后再加入90g氯酸鉀，氯酸鉀分批加入，加入速度為5g/5min，5°C條件下攪拌反應(yīng)96小時，反應(yīng)結(jié)束后用2L去離子水稀釋反應(yīng)液，趁熱過濾后用O. lmol/L鹽酸洗滌至無硫酸根離子(氯化鋇溶液檢測無沉淀)，再用去離子水洗滌至中性，離心并于45°C真空干燥后得到氧化石墨。2、載銀石墨烯的制備在室溫下將IOmg氧化石墨加到IOmL去離子水中，在150W功率下超聲分散40分鐘形成均勻的懸浮液即為氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中依次加入IOmL甲酸和現(xiàn)配的5-10ml銀氨溶液(將O. 5mol/L的氨水滴加到IOml、0. 05mol/L的硝酸銀溶液中)，水浴加熱攪拌均勻后在室溫下靜置反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后依次經(jīng)離心、洗滌和干燥得到載銀石墨烯復(fù)合物。載銀石墨烯復(fù)合物中氧化石墨烯和銀的質(zhì)量比為10 35 ;干燥過程中還除去了(NH4) 2C03，所用的銀氨溶液要現(xiàn)配現(xiàn)用。3、復(fù)合吹塑將O. 8g、l. 0g、5g、10g的載銀石墨烯復(fù)合物分別添加到四份聚乙烯(每份IOOg)中，并添加硅烷偶聯(lián)劑KH550、潤滑劑石蠟和抗氧劑硫代二丙酸二酯，硅烷偶聯(lián)劑KH550的添加量為所述熱塑性塑料質(zhì)量的10%，潤滑劑石蠟的添加量為所述熱塑性塑料質(zhì)量的3%，抗氧劑硫代二丙酸二酯的添加量為所述熱塑性塑料質(zhì)量的1%，經(jīng)過常規(guī)混煉和吹膜工藝制備得到薄膜材料，運用儀器測試薄膜的電阻率及壓差法測試薄膜的殺菌性能。本發(fā)明制備的薄膜材料集防靜電、抗菌于一體，為包裝內(nèi)的產(chǎn)品給予更好的防護。表I本發(fā)明薄膜材料的表面電阻率測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種具有防靜電和抗菌性能的薄膜材料，其特征在于所述薄膜材料是以熱塑性塑料為基體材料，在基體材料中均布載銀石墨烯復(fù)合物；其中載銀石墨烯復(fù)合物的質(zhì)量為基體材料質(zhì)量的O. 5-10% ； 所述載銀石墨烯復(fù)合物由氧化石墨烯和銀構(gòu)成，其中氧化石墨烯和銀的質(zhì)量比為I :2_4。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄膜材料，其特征在于 所述熱塑性塑料為聚乙烯。
3.—種權(quán)利要求I所述的具有防靜電和抗菌性能的薄膜材料的制備方法，包括氧化石墨的合成、載銀石墨烯的制備以及復(fù)合吹塑各單元過程，其特征在于 所述載銀石墨烯的制備是在室溫下將IOmg氧化石墨分散到IOmL去離子水中，超聲分散形成均勻的氧化石墨烯溶液，向氧化石墨烯溶液中依次加入5-10mL由O. 05mol/L的硝酸銀和O. 5mol/L的氨水配置的銀氨溶液和8-12mL的甲酸，水浴加熱攪拌均勻后在室溫下靜置反應(yīng)2h，反應(yīng)結(jié)束后依次經(jīng)離心、洗滌和干燥得到載銀石墨烯復(fù)合物； 所述復(fù)合吹塑是將所述載銀石墨烯復(fù)合物與熱塑性塑料混合，載銀石墨烯復(fù)合物的添加量為熱塑性塑料質(zhì)量的O. 5-10%，然后加入硅烷偶聯(lián)劑、潤滑劑和抗氧劑，經(jīng)混煉和造粒后通過常規(guī)共擠吹膜工藝吹膜，并進行電暈處理，得到薄膜材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述氧化石墨是按以下方法制備得到 的 在冰水浴的條件下將質(zhì)量濃度98%的濃硫酸和質(zhì)量濃度65%的濃硝酸按2 1的體積比加入三口燒瓶中，攪拌混合均勻后得到250-350mL混酸溶液，將15_25g石墨片加入混酸溶液中，混合均勻后再加入85-95g氯酸鉀，于0-10°C攪拌反應(yīng)90-100小時，反應(yīng)結(jié)束后用去離子水稀釋反應(yīng)液，過濾后用鹽酸洗滌至無硫酸根離子，再用蒸餾水洗滌至中性，離心并干燥后得到氧化石墨。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于 所述硅烷偶聯(lián)劑為KH550，添加量為所述熱塑性塑料質(zhì)量的5-15% ； 所述潤滑劑為石蠟，添加量為所述熱塑性塑料質(zhì)量的1-5% ； 所述抗氧劑為硫代二丙酸二酯，添加量為所述熱塑性塑料質(zhì)量的1_2%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有防靜電和抗菌性能的薄膜包裝材料及其制備方法，其中所述薄膜材料是以熱塑性塑料為基體材料，在基體材料中均布載銀石墨烯復(fù)合物；其中載銀石墨烯復(fù)合物的質(zhì)量為基體材料質(zhì)量的0.5-10%；所述載銀石墨烯復(fù)合物由氧化石墨烯和銀構(gòu)成，其中氧化石墨烯和銀的質(zhì)量比為12-4。本發(fā)明適合運用于軟包裝材料領(lǐng)域，用于解決防靜電、抗菌雙重作用。改性過的薄膜電阻率在102到105歐姆/㎡，而抗菌性能也達到30-40%，優(yōu)良的雙重性能使得本發(fā)明較以往的薄膜包裝材料有更加明顯的優(yōu)勢，且將防靜電和抗菌性能結(jié)合。
文檔編號C08K3/08GK102888041SQ20121039756
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月18日
發(fā)明者徐衛(wèi)兵, 范培宏, 王鍇, 周正發(fā) 申請人:合肥工業(yè)大學