新材料及其应用

本发明公开了兼具抗拉伸和抗冲击性能聚乳酸复合材料及其制备方法，属于高分子材料领域。该制备方法先制备两种规格的改性二维纳米材料MXene，然后制备无机核-有机壳结构丙烯酸杂化聚合物抗冲增韧中间体；抗冲增韧中间体是包括短片二维无机纳米材料MXene和增加界面相容性的外层功能单体的改性核壳丙烯酸抗冲击增韧剂；再制备包覆相杂化无机物复合强韧改性剂，复合强韧改性剂是外包覆有增韧中间体的长片二维纳米材料MXene的杂化增强剂。将聚乳酸基体树脂和复合强韧改性剂熔融共混挤出得到具有明显抗拉伸和抗冲击效果的聚乳酸复合材料。所得拉伸强度是空白聚乳酸的112％，冲击韧性提高10倍。

聚乳酸是一种由生物原材料乳酸所得的聚合物，由于其良好的物理机械性质，可生物降解性和生物相容性便得到了研究人员的密切关注，可为石油基聚合物过渡到绿色环保非石油基聚合物做出替代性尝试。其作为绿色环保可降解的塑料制品具有广泛的应用，目前主要用于食品包装，非织造服装、日常环保塑料、纸制品、建筑、农林业、和医疗卫生等领域，但是又由于其质脆和抗冲击韧性低的缺点，应用范围被限制。将增韧剂和聚乳酸进行共混增韧改性是业内最经济简单的方法。可选择弹性体对聚乳酸增韧，其增韧的效果明显受增韧剂的种类，形状结构，尺寸，与聚乳酸的界面相容性以及在聚乳酸体相内的分散性等参数的影响。核壳结构丙烯酸增韧剂的核层能提供韧性效能，耗散冲击能量，提高整体冲击韧性。壳层能保持核层相对完整，降低泄露的可能，同时使得核壳粒子相对独立，不粘连，利于提高分散性和提供一定的强度。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、本发明使具有增强功能的长片二维纳米材料MXene顺利有效地与抗冲增韧中间体结合，得到一种包覆结构的兼有抗拉伸和抗冲击的复合强韧改性剂，并有效地提升了聚乳酸的抗拉伸和抗冲击性能；

2、本发明制备的抗冲增韧中间体，其内部包含的短片无机纳米片材料MXene可以提供一定的韧性与强度，防止其在起抗冲效能时被过度破坏，其外层针对聚乳酸的特性增加功能单体，从结构相容和界面反应性相容优化其与聚乳酸的界面相容性；

3、本发明所形成的包覆结构可以有效防止增强剂长片二维纳米片的团聚现象，也提升增强剂的界面相容性；

4、本发明一举两得地使用水溶性单体，使其既能实现被刻蚀剂处理过的MAX相的插层剥离，又能得到可发生聚合或接枝反应的改性长片MXene；

5、本发明一举两得地使用超声波，使其既能粉碎长片MXene产生短片MXene，又能以短片MXene为中心，发生超声聚合得到包覆相的短片MXene；

6、本发明通过将增强剂和增韧合成复合强韧改性剂，从而使得三元共混简化为二元共混，减少了多元共混过程中的不充分性和不确定性。