石墨烯氧化物用於PLA農業地膜的先期研究_復材 (#51*) *規劃中

2015-6-30

走一趟黑龍江好像到日本北海道的感覺，唯一不同的是日本走的是精緻農業，而黑龍江卻是中國的糧倉。飛機降落在哈爾濱機場就看到一座座的溫室，我那時候就萌起以前做PLA抗高溫復材做足了功課，總想有一天能以石墨烯／PLA做成農業大棚內膜及地膜，耐用壽命比現有產品更久，價格不會貴多少，但降解使土地的負擔減輕。這次進台灣科技大學材料系讀書，剛好這個項目是我們實驗室的強項，產品應該很快就可以問世了。

這篇談到復材類應用技術的PLA農業地膜。PLA有甚麼好處我們在這裡就不多說了，PLA存在兩種限制，第一是熱變形溫度低，第二是常溫下成硬且脆，機械強度低於大部分泛用塑料。而這裡我們集中來談增韌PLA復材。PLA強度與剛性高，但柔軟性與抗衝擊差，為了達到增韌增塑改性，通常透過共聚改性、共混改性及通過成型加工方法來改善。

所謂共聚是在 PLA分子鏈上引入另一種分子鏈，使 PLA大分子鏈的規整度下降，使其降低乃至完全喪失結晶能力，或削弱高分子的相互作用，使玻璃轉化溫度、熔點、黏流溫度降低，提高PLA的韌性或柔軟度。而共混是聚合物性能改性另一種更經濟的方法，PLA與彈性體 (ABS、SEBS、PVC改性劑及MBA等)、韌性好的聚合物 (PC或PE等)、填料或增塑劑共混。成型加工系進行拉伸取向以提高衝擊強度等機械性能，主要以薄膜應用。由於第二種方式加入其他聚合物，恐造成回收或無法降解，我們不予以採用外，加入石墨烯將結合第一及第三種方式同時進行。

中國專利 CN 103319864 A提到，一種雙向拉伸聚乳酸 / 石墨烯複合膜，包含如下組分：聚乳酸、石墨烯，其中石墨烯質量含量 0.1～10 wt%，聚乳酸為基體樹脂，所述膜經層疊器層疊、剪切後，再經雙向拉伸方法製得，膜厚 20～150 um。所述複合膜的製備方法，包括

1）將氧化石墨烯分散於溶劑中，加入偶聯劑，再加入水合肼製得功能化石墨烯；

2）將步驟1）的功能化石墨烯與聚乳酸在溶劑中混合，製取複合物；

3）將步驟2）的複合物與聚乳酸樹脂經擠出機製備改性料；

4）將步驟3）的改性料經擠出機擠出，層疊器層疊剪切，然後雙向拉伸熱定型成膜。專利 CN201110025309.2也提供了一種石墨烯 / 聚乳酸複合材料的製備方法，將石墨烯氧化物分散在水中得到氧化石墨烯分散液，攪拌情況下將聚乳酸溶液加入其中，再攪拌均勻後靜置分層過濾得母料，母料與聚乳酸共混製備複合材料，製備的材料力學強度大，拉伸強度及耐熱性能均得到了明顯的提高。

我們以石墨烯氧化物與聚乳酸在四氫呋喃溶劑中超聲混合均勻，揮發掉有機溶劑破碎後加聚乳酸基料在雙螺桿擠出中混合造粒製得改性粒料。改性料經無需排氣的雙螺桿擠出機下塑化均勻，經熔體泵、過濾器，然後經過層迭器後得到片層，片層經過激冷輥冷卻，進入縱向拉伸部分，預熱再拉伸，切片製備一定厚度的複合膜。