摘要
近年来，石油基高分子材料造成的环境污染和石油消耗引起了全世界的关注，开发可再生和可降解聚合物基材料至关重要。聚乳酸(PLA)是一种天然合成高分子材料，具有优异的生物降解性和生物相容性，然而其结晶性能差、耐热性差和“硬而脆”的机械性能导致应用范围被限制。MXene 是一种二维无机碳氮化合物，具有优异的机械性能，并且它可以作为成核剂提升结晶速率。聚己二酸对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)是一种环境友好型材料，具有更好的耐热性和延展性。聚乙二醇(PEG)具有良好的水溶性，可与PLA高度相容，同时也是PLA的优良增塑剂。因此本文选择MXene作为成核剂，PBAT作为PLA的增韧剂，PEG作为PLA的增塑剂，探究PBAT、PEG和MXene对PLA性能的影响。 本文首先通过刻蚀 MAX 相制备了 MXene。结果表明，通过扫描电子显微镜(SEM)发现 MAX 相的致密层状结构变成了有空隙的分层结构，说明刻蚀成功，随后研究了MXene对PLA性能的影响。X射线衍射仪(XRD)结果表明MXene作为成核剂，并不会影响PLA的晶型；偏光电子显微镜(POM)观察复合材料的结晶形貌得出MXene的加入有效提高了PLA的成核密度；差示扫描量热仪(DSC)结果发现，MXene的加入降低了PLA冷结晶温度，但是总结晶速率有所降低；拉伸测试力学性能发现，随 MXene 含量的增加PLA的拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小。 其次，为了解决MXene和PLA相容性差的问题，采用硅烷偶联剂改性MXene来提升其在PLA基体中的分散性。结果表明，傅里叶红外光谱(FTIR)中Ti-O-Si键特征峰的出现说明改性成功，进而研究OTES-MXene对PLA性能的影响。结果显示，经OTES改性后的 MXene 仍旧可以作为成核剂促进 PLA 的成核结晶，但成核效果不如改性前。复合材料冷结晶温度降低，结晶速率无明显提升。对热稳定性以及力学性能的影响相比MXene略有降低。 之后，在PLA/MXene中加入含量为10wt%的PBAT，研究PBAT与MXene对PLA性能的影响。结果表明，PBAT的加入降低了PLA的冷结晶温度，在MXene的协同作用下，冷结晶温度进一步降低，等温状态下结晶速率增加。热重分析仪(TGA)测试结果显示PLA/MXene复合材料中引入PBAT后复合材料最终分解温度整体提高。并且PBAT作为增韧剂的加入，提升了 PLA以及 PLA/MXene复合材料的断裂伸长率，但拉伸强度降低。 最后，在 PLA/MXene中加入含量为 10wt%的增塑剂 PEG，研究 PEG与 MXene对PLA性能的影响。结果表明，PEG的引入提升了PLA分子链整体的流动性，冷结晶温度降低，提升了PLA/MXene复合材料的结晶性能，缩短达到完全结晶所需时间，加速等温结晶过程。力学性能测试显示拉伸强度大幅降低，但同时 PLA/PEG/MXene 复合材料的断裂伸长率相比于PLA/MXene复合材料提高了23倍。耐热性方面，PEG使PLA/MXene复合材料的最终分解温度整体提升。
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