【干貨】 聚乳酸納米復合材料
已有人閱讀此文 - -PLA是由乳酸直接縮聚或丙交酯開環聚合制得的線性脂肪族聚酯，是一種可再生的、以植物資源為原料聚合合成的生物降解高分子。其原料來源既充分又可再生，產品可在使用后經回收完全降解，是理想的綠色高分子材料。
但是 PLA 性脆、耐熱性差、熔體強度較低、加工窗口窄等限制了其廣泛應用。為了改善其性能，滿足不同的用途，人們提出了多種方法對其進行改性，包括擴鏈改性、共聚改性、交聯改性、納米粒子填充改性,以及與其他聚合物共混改性等。
通過添加各種納米粒子填充改性PLA是改善其流變性能的有效方法之一。添加納米粒子的一個主要原因是其大的比表面積和一些納米粒子的高的長徑比，使其在含量很低（≤5%，質量分數，下同）時增強效果就相當于傳統粒子含量 40% ~50%時的增強效果。
PLA 納米復合材料的流變性能十分復雜，受溫度、剪切速率、剪切應力、納米粒子性質（含量、形狀、尺寸、表面處理等）以及其自身的結構、性質等眾多因素的影響，如后是幾種復合材料的介紹：
一、PLA/纖維素納米晶復合材料
纖維素是植物細胞壁的主要成分，在自然界中分布甚廣，是取之不盡、用之不竭的天然高分子化合物。纖維素納米晶（以下稱CNC）是從纖維素的高度結晶（有序）區獲得的納米粒子，具有納米纖維結構，來源豐富，可生物降解性、高比模量和高強度等優點，是理想的生物質基納米粒子。
PLA/CNC納米晶復合材料的流變性能與CNC含量密切相關，即使在低CNC含量時，與純PLA相比，儲能模量和復數黏度也顯著增加。同時對 CNC 進行表面改性可以提高 PLA 與 CNC 的相容性，進一步改善PLA納米復合材料的流變性能。
二、PLA/碳基納米復合材料料
碳基納米粒子主要包括碳納米管（單壁和多壁）、碳納米纖維、炭黑和石墨烯等，這些同分異構體由于其形狀的不同，且其具有優異的力學性能和導電性能等，填充到PLA中后可使其復合材料具有不同的性能。
1. PLA/碳納米管復合材料
碳納米管（CNT）具有優異的導電性和較大的長徑比，低含量的碳納米管（<3 %）可顯著提高聚合物基體的導電性和流變性能等。在成型加工過程中，CNT含量、在 PLA 基體中的分散狀態、與 PLA 基體之間的相互作用等因素都與PLA的熔體流變性能息息相關。
2. PLA/石墨烯納米復合材料
石墨烯（以下稱GNPs）是具有層狀結構的石墨納米粒子，是由二維石墨烯層片在范德華力作用下而成的碳納米材料，具有高的比表面積和優異的導電性能，是制備功能性的 PLA 納米復合材料的理想填料。但是，與其他二維層狀納米粒子類似，GNPs所具有的超高比表面積和極強的分子間相互作用使其容易發生不可逆的聚集，影響其在 PLA 基體中的分散。因此，其添加量、在基體中的分散以及其表面改性等對PLA的流變性能都會產生影響。
從上圖可以看出，隨著 GNPs含量增加，PLA/GNPs納米復合材料的儲能模量、損耗模量和復數黏度等都會提高。高的比表面積和與PLA強的分子間相互作用，以及對 GNPs 表面進行改性，提高其在 PLA 基體中的分散性，都可以有效地改善PLA的流變性能。
三、PLA/納米黏土復合材料
層狀硅酸鹽又稱納米黏土，具有厚度為1 nm、寬度為100 nm左右、初始層間距為1 nm左右片層所組成的“堆棧”結構，具有很強的納米尺寸效應。研究表明，采用適當的加工方法，添加適量的納米黏土制備的聚合物/納米黏土復合材料的流變性能、力學性能、熱性能等均可得到不同程度的改善。其中，蒙脫土是制備聚合物/層狀硅酸鹽納米復合材料最為常用的層狀硅酸鹽之一。
圖. 蒙脫土微觀結構圖
圖. 蒙脫土
四、PLA/二氧化硅復合材料
二氧化硅納米粒子（SiO2）是一種白色、無毒，具有多孔性、高分散性、表面羥基活性較強等特征的無機納米粒子。納米SiO2填充增強PLA復合材料體系的流變性能受SiO2的含量、分散性以及加工條件等因素影響。對于納米 SiO2等球形粒子填充體系而言，復合材料體系的黏度通常比純聚合物熔體的低，而且隨著納米 SiO2含量的增加而減小。黏度的降低對于 PLA/SiO2 復合材料的加工有利，可以降低設備的消耗和成本。
