[发明专利]一种增强耐热聚乳酸静电纺丝纤维膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种增强耐热聚乳酸静电纺丝纤维膜及其制备方法。该静电纺丝纤维膜包括聚乳酸基体树脂和复合增强剂，所述的复合增强剂为表面负载沸石咪唑酯骨架ZIF‑8的氧化石墨烯片。所述的静电纺丝纤维膜是采用溶液共混的方法将一定浓度的聚乳酸溶液与复合增强剂的N’N‑二甲基甲酰胺的超声分散液按配比进行共混，然后在一定的工艺条件下通过静电纺丝法制得。与纯的聚乳酸纤维膜相比，聚乳酸纤维膜的拉伸强度和断裂伸长率均明显提高，同时其耐热性显著增强，并且产品可生物降解，安全可靠，无异味，对人体和环境的危害及污染程度低，在生物医学，包装，纺织，交通、电子、电器设备等领域有着广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于聚乳酸材料的增强技术领域，具体涉及一种增强耐热聚乳酸静电纺丝纤维膜及其制备方法。

背景技术

聚乳酸(PLA)，一种生物可降解材料，其静电纺丝纤维膜具有较高的比表面积、孔隙率、良好的力学性能和生物相容性，在生物医学，包装，纺织，交通、电子、电器设备等领域有着良好的应用前景。但是，聚乳酸较差的力学性能和低耐热性限制了其进一步应用。因此，对聚乳酸进行耐热增强改性是十分必要的。

添加增强材料是最常用的一种聚乳酸纤维膜耐热增强改性方法。氧化石墨烯可增强聚乳酸纤维膜，与纯聚乳酸静电纺丝纤维膜相比，添加氧化石墨烯后的聚乳酸纤维膜的拉伸强度最大提高了1.4MPa，分解速率最大时的温度提高6.7℃，然而氧化石墨烯的添加量为1％～2％，易产生团聚，且氧化石墨烯同聚乳酸基体的相容性不佳，因此强度及耐热性提高幅度相对较小，同时材料的断裂伸长率减小约10％(Zhang C等，J.Mech.Behav.Biomed.Mater.，2016，53，403-413)。

沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)，是以锌为配位中心，二甲基咪唑为配体的一种金属有机骨架材料(MOFs)。与传统的无机分子筛相比，MOFs在物理性质方面，拓扑结构特殊，内部排列规则；化学性质方面，由金属和有机配体组成的MOFs对有机分子和有机反应具有更大的反应活性和选择性；其特殊的结构也使其与聚合物基体有着更好的相容性。MOFs同聚乳酸复合后，MOFs的加入能够有效提高聚乳酸基体的断裂伸长率，然而随着MOFs添加量的提高，复合材料的拉伸强度明显降低，热稳定性没有明显改变(Elangovan D等，Polym.Int.，2012，61，1，30-37)。ZIF-8负载在氧化石墨烯片上，其孔径结构可调，该复合材料结合了两个特色材料的独特性能(Kumar R等,Chem.Commun.，2013，49，4947-9.)。但是用ZIF-8与氧化石墨烯片的复合材料增强改性聚乳酸的研究尚未报道。

发明内容

针对现有技术中改性的聚乳酸静电纺丝纤维膜，强度及耐热性提高幅度较小，增强材料添加量较大且与聚乳酸相容性不佳的不足，本发明提供了一种增强耐热聚乳酸静电纺丝纤维膜及其制备方法。本发明能够在添加较少增强剂(＜1wt％)的条件下大幅度增加材料的拉伸强度、断裂伸长率和耐热性。

本发明提供了一种增强耐热聚乳酸静电纺丝纤维膜，所述的增强耐热聚乳酸静电纺丝纤维膜由聚乳酸、复合增强剂组成，其中聚乳酸与复合增强剂的质量比为(99.9～99.0)：(0.1～1.0)，所述的复合增强剂为表面负载ZIF-8的氧化石墨烯片。

优选地，所述的聚乳酸与复合增强剂的质量比为(99.9～99.5)：(0.1～0.5)。

所述的复合增强剂中，氧化石墨烯为单层片状或少量片层堆砌的层状结构，负载的ZIF-8颗粒粒径为30～50nm。

本发明中的复合增强剂，即表面负载ZIF-8的氧化石墨烯片，根据现有方法制备，可参考文献【Kumar R等,Chem.Commun.，2013，49，4947-9.】报道的方法制备，即通过六水合硝酸锌与二甲基咪唑反应生成ZIF-8的同时加入氧化石墨烯制成，其中，六水合硝酸锌与二甲基咪唑的摩尔比为1:(2～4)。

本发明的另一方面，提供了上述的增强耐热聚乳酸静电纺丝纤维膜的制备方法，具体步骤如下：