[发明专利]一种含凯夫拉纳米纤维的聚乳酸复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及到一种含凯夫拉纳米纤维的聚乳酸复合材料及其制备方法。将凯夫拉纳米纤维溶液和聚乳酸溶液以一定比例混合，搅拌均匀，然后加入少量去离子水，混合溶液中形成凝胶，再采用尼龙膜进行真空抽滤，真空干燥得到凯夫拉纳米纤维和聚乳酸的复合材料，该材料具有较好的生物相容性和可降解性，绿色环保，同时具有高强度的力学性能，极限拉伸强度可达到16.8~34.9 MPa，断裂伸长率可达到4.2~6.3%；最大热分解温度最高可达到357.9~371.2°C，本发明制得的复合膜可用于柔性电子、仿生材料等领域。

技术领域

本发明涉及一种含凯夫拉纳米纤维的聚乳酸复合材料及其制备方法，属于聚乳酸材料制备技术领域。

背景技术

近些年来，随着社会的发展，人们越来越追求生态和谐、绿色循环的理念，生物可降解材料开始得到人们的重视。其中，聚乳酸（PLA）因为可降解的优异性能而受到科研人员的青睐。聚乳酸采用从植物中提炼出的淀粉作为原料，经过一定的反应，淀粉被转化成葡萄糖，再经由发酵作用，形成乳酸，最后通过化学反应合成具有一定分子量的聚乳酸聚合物。聚乳酸材料在丢弃后，能够通过微生物分解作用在环境中被分解，这个过程几乎不产生有害物质。因此聚乳酸材料是一种环境友好型材料，能够促进大自然与人和谐共处。

然而由于聚乳酸存在脆性高，热稳定性能较差，以及阻隔性能不理想等缺陷，限制了聚乳酸在工程材料领域中的进一步使用，可以尝试在聚乳酸中加入添加剂，制备复合材料，可以大大改进聚乳酸材料的不足之处。

凯夫拉（Kevlar）纤维作为一种高性能的合成纤维，广泛用于航天、军事等领域，而随着纳米材料的发展，纳米尺度的Kevlar纤维也被开发出来，用于增强纳米复合材料的多种性能。文献《Composites Science and Technology, 2017, 144: 193-201》中报道了采用溶液共混法将Kevlar纳米纤维填充到聚乙烯醇中，得到了一种兼具高强度和高热稳定性的聚合物材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含Kevlar纳米纤维的高力学强度、高热稳定性的聚乳酸复合材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种含Kevlar纳米纤维的聚乳酸复合材料，该复合材料中，Kevlar纳米纤维的质量含量为1~9%，其余为聚乳酸。

较佳的，Kevlar纳米纤维的强度为3.6 GPa，伸长模量为131 GPa，断裂伸长率为2.8 %，Kevlar纳米纤维的长度为5~10μm，直径为3~30 nm。

较佳的，聚乳酸的分子量为5~20万。

一种含Kevlar纳米纤维的聚乳酸复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将Kevlar纤维剪成1~2 cm的细段，将其浸没在含氢氧化钾的二甲基亚砜溶剂中，连续磁力搅拌7天，获得Kevlar纳米纤维溶液；（2）将Kevlar纳米纤维溶液和聚乳酸的二甲基亚砜溶液以一定比例混合，搅拌均匀，然后加入少量去离子水，形成凝胶，再采用尼龙膜进行真空抽滤，在真空干燥箱中烘干得到Kevlar纳米纤维和聚乳酸的复合材料。

较佳的，步骤（1）中，Kevlar纳米纤维和二甲基亚砜溶剂的质量体积比为0.4~1:200 g/mL。

较佳的，聚乳酸的二甲基亚砜溶液中，聚乳酸和二甲基亚砜的质量体积比为0.2~0.5:10 g/mL。

较佳的，将Kevlar纳米纤维溶液和聚乳酸的二甲基亚砜溶液按照质量比为1~9:100混合。

较佳的，尼龙膜孔径大小为0.1~0.5μm。

较佳的，真空干燥箱温度为40~50°C，连续烘干8~12 h。