聚乳酸/氧化锌柱撑有机皂石纳米复合材料及其在剪切场中的结构变化和形态发展

本项目以稀有新疆优质皂石为基体，以超声和微波技术为依托，采用水解法制备纳米ZnO柱撑有机皂石，并研究其表面性质、热稳定性和层间柱结构，探索纳米Zn0柱撑有机皂石制备的新技术、新方法，揭示纳米Zn0柱撑有机皂石构效关系。利用Zn0柱撑有机皂石，在其层间域催化乳酸单体缩聚制备绿色剥离型PLA/ZnO柱撑有机皂石纳米复合材料，实现催化剂和分散相一体化、原位聚合反应定域化且复合材料的分子量分布达到可控性，并研究复合材料的微观结构与性能。利用熔融插层法制备PLA/ZnO柱撑有机皂石纳米复合材料，研究其性能及剪切场中复合材料的流变响应行为，获得PLA/ZnO柱撑有机皂石纳米复合材料的流变-微观结构之间的相关性以及插层中PLA基体与ZnO柱撑有机皂石片层间纳米尺度复合的可控性，考察剪切速率、应变、温度梯度等加工因素的影响，揭示复合材料体系在剪切场中的形成过程、剥离机理、形态发展与结构变化等基本理论问题。

本项目以稀有新疆优质皂石为基体，以超声和微波水解法制备Zn0柱撑有机皂石，并研究其热稳定性、层间柱结构和构效关系。以乳酸和丙交酯为单体，Zn0柱撑有机皂石催化作用下，实现原位插层聚合反应定域化,性能与结晶速率提高。同时研究了PLA/ZnO柱撑有机皂石纳米复合材料在剪切场中的流变响应行为、储能模量、刚性与弹性的影响机制，实现了PLA基体与ZnO柱撑有机皂石片层间纳米尺度复合的可控性,表明ZnO柱撑有机皂石片兼具催化剂和功能性助剂的于一体,有利于PLA材料的高性能化。.（1）当柱撑比例为10:1时，制得剥离型的ZnO柱撑皂石，ZnO粒径为20-50nm，均匀分散在皂石片层层间域。以ZnO柱撑皂石为催化剂，以乳酸为聚合单体，通过原位插层聚合法制备了PLA/ZnO柱撑皂石纳米复合材料,并获得最优工艺，聚合反应符合三级反应动力学模型。Zn0柱撑皂石具有层间域催化作用，实现催化剂和分散相一体化、反应定域化且分子量分布可控，ZnO柱撑皂石有效提高PLA结晶度及其热稳定性，并赋予PLA材料紫外屏蔽性。.（2）通过有机插层法制备了ZnO柱撑有机皂石，并具有良好的抗菌性。以ZnO柱撑有机皂石为催化剂、丙交酯为单体，分别通过热聚合法和微波法制备出较高分子量的PLA复合材料，并获得反应动力学模型，ZnO柱撑有机皂石明显提高了PLA的结晶度和热稳定性。采用异氰酸酯基对PLA进行了熔融扩链反应，扩链显著提高PLA的分子量，其结晶度高、熔点、热稳定性能均明显提高。.（3）通过熔融插层法制备了PLA/ZnO柱撑有机皂石纳米复合材料。0.1 % ZnO柱撑有机皂石量可以显著提高PLA复合材料的综合性能。剪切场中当温度达到120℃时，材料的储能模量开始迅速提高, ZnO柱撑有机皂石抑制了特殊网状结构的产生，增强了复合材料的刚性与弹性。ZnO柱撑有机皂石缩短了PLA的t1/2，Avrami指数在2.18-4.77之间，PLA晶体以二维或三维的方式增长，Ozawa模型计算和POM分析表明ZnO柱撑有机皂石提高了材料的结晶速率。PLA/ZnO柱撑有机皂石纳米膜材料具有良好的紫外屏蔽性和抗菌性能，可以应用于包装和保鲜领域。