[发明专利]一种纤维素纳米纤维与Ti3

说明书

本发明公开了一种纤维素纳米纤维与Ti₃C₂协同增强聚乳酸基复合材料及其制备方法，涉及复合材料技术领域，本发明以纤维素纳米纤维(CNF)与Ti₃C₂的共混物在复合材料中作为支撑骨架，采用浸渍法使纤维素纳米纤维(CNF)被聚乳酸(PLA)充分包覆，达到改性聚乳酸的目的；解决了现有聚乳酸脆性大、韧性差、热稳定差、抗冲击强度差等缺点，本发明的一种纤维素纳米纤维与Ti₃C₂协同增强聚乳酸基复合材料及其制备方法制备的聚乳酸复合材料具有高结晶度、高热稳定性、优良的力学性能，改性后的聚乳酸对磁场还具有良好的屏蔽性能，磁场强度最高可减弱43.9％。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，更具体的是涉及一种纤维素纳米纤维与 Ti₃C₂协同增强聚乳酸基复合材料及其制备方法。

背景技术

基于全球资源日益枯竭和人类环保意识的加强，近几十年来对可用于替代石油基复合材料的可再生和可降解生物聚合物的开发备受科研人员的关注。聚乳酸(PLA)是一种新型的生物可降解热塑性脂肪族树脂，它是一种由微生物发酵产物L-乳酸聚合而成的多用途聚合物，其生产原料主要是来自玉米、甘蔗、小麦、高粱等富含淀粉的农作物，属于完全可再生资源。纤维素在自然界中来源广泛且产量丰富，是地球上最丰富的天然聚合物，可以从森林植物、藻类、甚至是真菌中都可以提取到，纤维素纳米纤维(CNF)是由植物来源的纤维素制成的纳米纤维材料。

中国专利CN104292439A公开了一种剑麻纤维素纳米晶须/聚乳酸生物复合材料的制备方法。该专利通过接枝处理的方法在剑麻纤维素纳米晶须表面接枝聚乳酸低聚物，利用剑麻纤维素纳米晶须表面接枝的聚乳酸低聚物与聚乳酸之间的相容性形成良好的界面结合并采用原位复合技术制备剑麻纤维素纳米晶须 /聚乳酸生物复合材料材料。但实验过程中需要400℃高温、真空冷却、减压蒸馏等条件，聚合过程对设备要求较高，难以大规模批量生产。中国专利 CN114752115A公开了一种阻燃改性纤维素、聚乳酸基复合材料及其制备方法。该专利将纤维素添加至Ti₃C₂纳米片水溶液中改性后得到阻燃纤维素，然后将烘干之后的聚乳酸与阻燃改性纤维素混合均匀，之后采用双螺杆挤出机挤出得到聚乳酸基复合材料。但由于Ti₃C₂纳米片包覆在纤维素表面，在长期使用之后容易产生脱落问题，阻燃效果会有所下降。

由于聚乳酸和油基塑料具有相同的加工方法，因此聚乳酸是一种很有前景和持续性的替代品。聚乳酸有大量潜在用途，现已应用的领域包括纺织、医疗领域和包装行业等，然而因聚乳酸的脆性大、热稳定性差、结晶性能弱及冲击强度低在很大程度上限制了聚乳酸的商业用途。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有聚乳酸(PLA)脆性大、韧性低、热稳定性差、耐冲击强度低等问题，本发明提供一种纤维素纳米纤维与Ti₃C₂协同增强聚乳酸基复合材料及其制备方法，以纤维素纳米纤维(CNF)与Ti₃C₂的共混物在复合材料中作为支撑骨架，采用浸渍法使纤维素纳米纤维被聚乳酸充分包覆，达到改性聚乳酸的目的，此方法制备的聚乳酸复合材料具有高结晶度、高热稳定性、优良的力学性能，改性后的聚乳酸对磁场还具备良好的屏蔽性能。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种纤维素纳米纤维与Ti₃C₂协同增强聚乳酸基复合材料及其制备方法，包括以下步骤：

S10、制备Ti₃C₂胶体溶液：

S11、先用LiF与浓盐酸的混合溶液刻蚀Ti₃AlC₂粉末，然后用去离子水清洗并离心3次～5次，直至PH为6.0～6.5，再在40～50℃下真空干燥18～24h 得到粉末；