[发明专利]一种轻量化、抗菌的复合发泡材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，公开了一种轻量化、抗菌的复合发泡材料及其制备方法和应用。本发明复合发泡材料包括原料：疏水性纳米纤维素、二维材料、热塑性基体材料和助剂。本发明复合发泡材料将疏水性纳米纤维素、二维材料与热塑性基体材料进行复合，通过不同材料在纳米尺度的复合，提升了材料结构稳定性，融合度可达95‑98％，以及提升了材料的总体性能，包括耐磨性增强，缓震性能增强，轻量化提高，以及抗菌性提升，其中拉伸强度可达40‑43MPa，硬度可达46‑47.5度，缓冲吸能值可达35270‑37463N。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种轻量化、抗菌的复合发泡材料及其制备方法和应用。

背景技术

鞋是人们穿着的一个重要组成部分，特别是人在每次行走中，都会使全身骨关节经历冲击，在跑步或者跳跃时受到的冲击更大，几乎有三倍于自身体重的压力，尤其是腰腿部、脚部，受损更大。因此，鞋底材料的性能会直接影响到运动鞋、休闲鞋的性能本身。

然而，目前市场上常见的鞋底材料主要是乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)，热塑性聚氨酯弹性体(TPU)或橡胶等材料；它们的缺点主要在于重量较重、耐磨性差、缓震性差等。因此，如何进一步减轻鞋底重量，同时提高力学性能、抗菌性能是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种轻量化、抗菌的复合发泡材料及其制备方法和应用，本发明复合发泡材料具有低密度，同时具有优异的耐磨性、缓震性和抗菌性。

本发明的第一方面提供一种复合发泡材料，所述复合发泡材料包括如下原料：疏水性纳米纤维素、二维材料、热塑性基体材料和助剂。

优选地，按照质量份数计，所述复合发泡材料包括如下原料：疏水性纳米纤维素10-35份、二维材料1-6份和热塑性基体材料25-65份。所述疏水性纳米纤维素的质量份数进一步优选为15-30份，再进一步优选为20-30份；所述二维材料的质量份数进一步优选为2-6份，再进一步优选为3-5.5份；所述热塑性基体材料的质量份数进一步优选为30-65份，再进一步优选为50-60份。

优选地，所述疏水性纳米纤维素的直径为5-25nm，长径比为450-2200，接触角为150°-165°。所述疏水性纳米纤维素的直径进一步优选为5-20nm，再进一步优选为10-20nm；所述疏水性纳米纤维素的长径比进一步优选为1000-2200，再进一步优选为1500-2000；所述疏水性纳米纤维素的接触角进一步优选为150°-160°，再进一步优选为158°-160°。

优选地，所述二维材料包括MXene、石墨烯、二氧化钼中的至少一种。本发明中使用的二维材料具有特殊的结构以及优异的抗菌特性；因为，细菌与二维材料直接接触后，材料锋利的片层刺穿细菌胞膜，杀死细菌；并且通过电荷的转移，也可以破坏细胞的膜结构。其中，MXene是一种二维材料，是一类具有二维层状结构的过渡金属碳/氮/碳氮化物；石墨烯作为典型的二维结构的纳米材料，由疏水的平面结构和亲水的边缘构成，同样具有抗菌特性。除此之外，二氧化钼作为一种二维材料，也可以被制作成复合材料。由于以上二维材料具有抗菌性能，以及好的交联性，因此将二维材料、疏水性纳米纤维素和热塑性基体材料进行复合，可增强材料的耐磨、缓震和抗菌性能。

优选地，所述MXene包括Ti₃C₂T_x、Ti₄N₃T_x、Ti₃CNT_x、Mo₂TiC₂T_x中的至少一种。

优选地，所述热塑性基体材料包括乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、热塑性聚氨酯弹性体、聚烯烃、丙烯腈丁二烯苯乙烯的三元共聚物、高抗冲聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯中的至少一种。