基本信息
- 项目名称：
- 原位聚合法制备氧化石墨烯/PET复合材料及其膜性能研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 作品是采用氧化石墨/PET共混改性的技术来得到高性能的PET材料，主要用于改进当下塑料制品中出现的性能不好的问题。石墨烯获得了2010年诺贝尔化学奖，具有广阔的应用前景，因此我们的研究将会给塑料制品的高性能带来契机。高性能的塑料薄膜制品会是将来材料科学发展的热点。。
- 详细介绍：
- 作品是采用共混改性的技术来得到高性能的PET材料，主要用于改进当下塑料制品中出现的性能不好、使用时间长了性能下降很快的问题。石墨烯获得了2010年诺贝尔化学奖，具有广阔的应用前景，因此我们的研究将会给塑料制品的高性能带来契机。高性能的塑料制品（可乐瓶、各种容器）会是将来材料科学发展的热点。本项目的研究包含合与加工两个部分，最后的产品将做成可乐瓶，并做一系列的性能表征，并且其力学性能等远远好于市面上的塑料制品，具有很大的应用前景。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明的目的： 当前的PET薄膜制品使用性能上存在以下几个缺点：以PET可乐瓶和薄膜制品为例，由于阻隔性能较差，使用时间长以后会出现漏气，造成氧气进入导致氧化；PET膜制品的力学性能需要进一步的提高。本发明目的在于通过简单有效的方法，改善上述PET塑料薄膜的急需改善的性能。 基本思路： 结合我们前期研究工作，即采用以氧化石墨（GO）这种最薄的二维纳米粒子作为填料，采用原位聚合法合成的方式加入到PET之中，在极低的含量下（0.03-0.3wt%）即能大幅度的提高PET的力学性能。我们将这种PET/GO纳米复合材料准备成薄膜制品，研究了其气体阻隔性能、透湿性能和力学性能，在此基础上分析了其在工业应用上的潜在价值。 创新点： 1、首创将氧化石墨这种最薄的二维纳米材料以填料的方式加入到PET中，采用原位聚合法保证了氧化石墨在PET中的良好分散，制备方法的创新是成功的关键。2、首次研究了氧化石墨对PET气体阻隔性、透湿性及力学性能的影响，具有重要的学术和工业应用价值。 技术关键： 本项目的技术关键在于氧化石墨的制备与PET的合成主要的技术指标: 阻隔性能：透气性<2957.7*10-6( cm3/m2*d*pa) (GB1038-2000) 透气系数<5.477*10-15（cm3*cm/cm2*s*pa) 透湿性<43（g/m2*24h） 力学性能：拉伸强度>170Mpa 断裂强度>130Mpa
科学性、先进性
- 与当前的薄膜材料相比我们的产品在透氧性和透气性上都有很大的降低，透湿性也有大幅度的降低，同时薄膜的拉伸强度与断裂强度也有成倍的提高。因此可以说我们的作品在性能上比当前市面上国内外薄膜制品的性能至少提高了一倍。 我们薄膜的性能具体如下： 阻隔性能：透气性1082.4*10-6( cm3/m2*d*pa) (GB1038-2000) 透气系数2.00*10-15 （cm3*cm/cm2*s*pa) 透湿性20（g/m2*24h） 力学性能： 拉伸强度255Mpa 断裂强度201Mpa 透光率（下降30%） 表面电阻：1*1012（RH=50%） 普通薄膜的主要技术指标： 与普通薄膜的性能对比，我们的薄膜性能具有明显的优势，性能有很大的提高。对当前薄膜合成技术有了巨大的提高。
获奖情况及鉴定结果
- 本发明已送杭州大华塑业有限公司做性能鉴定，数据显示本材料具有更低的透气性能和透湿性能，同时强度方面有很大的提高。 （见所附试验报告） 本研究的部分成果已经在本专业知名杂志《Journal of Materials Chemistry》接收。（影响因子：4.795，目前校稿已经完成，即将出版，见所附论文）
作品所处阶段
- 中试
技术转让方式
- 技术作价入股或一次性转让
作品可展示的形式
- 图片 样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势：1、采用氧化石墨为填料原位聚合法合成PET材料，为PET材料合成提供了新的思路。2、所添加的氧化石墨比例很小（0.1%–0.3%)，成本不会增加，但阻隔性能与力学性能得到了巨大提高。3、加工过程成本耗费与普通膜一致。 适用范围：主要可以用于工业上各种高性能薄膜制品的生产，同时也可以开发作为新型的高级塑料容器。推广前景：本技术得到的膜材料能够满足市面上对膜材料的所有性能要求，而且比其他的薄膜材料具有更加优秀的力学性能与阻隔性能，同时成本并未提高，这使得我们的技术具有很大的工业化生产潜力，具有良好的推广前景。 市场分析和经济效益预测：本发明可以用于各种薄膜的生产之中，尤其可用于对薄膜性能要求很高的地方。如精密仪器外包，保鲜膜等。所制的的瓶子可以用于盛放各种有毒或者贵重的液体气体等。同时兼具优异的性能和低廉的成本使得我们的产品具有良好的经济潜质，当前市场上对高性能薄膜的需求也日益增加，因此，我们有理由相信本产品如能得到推广必将带来巨大的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是目前最重要的合成材料之一，具有良好的耐热性、耐药品性、力学性能和电学性能，尤其是透明性好、绝缘性佳，较低的生产成本和较高的性能价格比。主要用于纤维，双向拉伸薄膜和聚酯瓶，各种包装容器等； 其中高阻隔性 PET。普通PET产品作为包装材料也具有良好阻隔性，但是作为啤酒包装瓶则达不到要求，目前玻璃啤酒瓶的诸多缺点引起全球关注，而作为玻璃啤酒瓶最佳替代品的PEN瓶价格昂贵，限制了其的使用，因此高阻隔性PET材料成为PET容器业和啤酒包装业的开发与研究重点。近几年来， 国内关于 P E T改性的研究很多，也提出了不少新方法和思路，改性研究主要集中在改善 P E T的结晶速率( t1／2 )，热变形温度( HDT )，气透性，力学性能等几个方面。现国内外常用改性方法有以下几种： 1、共混改性 高聚物共混改性法简便易行， 在技术和经济上有很大的优势， 它不仅保留了原有高聚物的优点，由于添加了新的物质， 通过改变聚集态结构而赋予了高聚物新的性能，具有一定的理论和实用价值。 2、化学改性 化学改性是指在一种组分中加入另一种或几种组分发生共聚、 缩聚等化学反应，形成一种新的聚合物合金的改性方法。 3、纳米无机物复合改性纳米粒子是指粒径在 lnm～100nm的原子团簇或微粒。与普通粒子相比，具有独特的光、电、磁及化学特性，主要体现在量子尺寸效应、 表面效应、界面效应等方面。有学者认为，纳米粒子将是2l世 纪最有前途的材料之一， 国内外都有大量的研究报道，它应用于高分子材料中，对于材料的工程化与功能化产生了极大的作用。 在这之中，氧化石墨以其较石墨和膨胀石墨有更多的极性官能团和更大的层间距，较粘土有更大的离子交换能力，令金属离子、极性小分子甚至高聚物都很容易嵌入到氧化石墨层间形成以氧化石墨作宿主的纳米复合材料，及聚合物／氧化石墨纳米复合材料。近几年来它发展较为迅速，其主客体间分子水平的结合可以大幅度降低界面的应力集中，是集有机和无机纳米组分于一体的新型功能材料，因而引起了国内外材料研究人员的极大关注。
