CN117511365A - 一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合涂层技术领域，提供了一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料及其制备方法和应用。本发明采用聚多巴胺改性云母作为纳米填料，能够提高云母与聚乳酸的界面相容性，实现云母在聚乳酸中的稳定分散；利用本发明的涂料制备的薄膜或涂层具有优异的力学性能、热稳定性和紫外线屏蔽性能。采用本发明的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料在基材表面制备涂层，能够提高基材的表面光泽度高和硬度，并且基材和涂层之间的界面结合力强。
Description
技术领域
本发明涉及复合涂层技术领域，尤其涉及一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料及其制备方法和应用。
背景技术
聚乳酸因其出色的安全性、生物相容性和生物降解性而被视为一种前景广阔的材料。然而，聚乳酸的广泛使用仍受到其性能不足(如耐热性低、机械强度低)或制造工艺复杂、成本高的限制。为了进一步改善聚乳酸的性能，通常在聚乳酸中添加填料，无机填料因其高纵横比和丰富的数量而被广范应用。与氧化石墨烯、氮化硼和其他人工合成的纳米级填料相比，纳米云母片具有更加优异的机械强度、热稳定性和紫外线屏蔽性能，同时具有显著的成本优势。
聚合物与填料之间的界面粘附力是影响聚合物复合材料机械性能和热性能的最重要因素之一。由于聚乳酸和云母的疏水性不同，云母添加到聚乳酸中容易团聚。因此，有必要通过一种有效而稳健的策略来改善云母的极性、粗糙度和表面活性，从而提高云母和聚乳酸之间的界面相容性。
近年来，受贻贝启发的仿生物改性材料因其环境友好的特性而受到研究人员的关注。聚多巴胺(PDA)作为贻贝仿生材料的代表，因其对纳米材料具有超强的粘附性、生物相容性和亲水性，逐渐成为研究热点。但是，本领域中尚没有通过聚多巴胺改性提高云母和聚乳酸之间界面相容性的相关报道。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料及其制备方法和应用。本发明利用聚多巴胺对云母进行改性，能够显著提高云母与聚乳酸之间界面相容性，所得复合涂料中聚多巴胺改性云母分散均匀，利用该复合涂料制备的薄膜或涂层性能优异。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料，包括聚乳酸、聚多巴胺改性云母和有机溶剂；所述聚多巴胺改性云母的质量为所述聚乳酸质量的0～25％，且不为0；所述聚多巴胺改性云母包括云母和负载在所述云母上的聚多巴胺。
优选的，所述聚多巴胺改性云母的质量为所述聚乳酸质量的5～25％。
本发明还提供了上述方案所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
将水、碱性缓冲液、云母和多巴胺第一混合，将所得混合料液离心，得到聚多巴胺改性云母；
将聚乳酸、有机溶剂和所述聚多巴胺改性云母第二混合，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。
优选的，所述第一混合包括：将云母加入水中进行超声分散，得到云母分散液；向所述云母分散液中加入碱性缓冲溶液，将体系的pH值调节至8～10，然后加入多巴胺进行搅拌混合；所述碱性缓冲溶液为Tris-HCl缓冲溶液；所述超声分散的功率为280～320W，时间为10～20min；所述搅拌混合的时间为23～25h；所述云母和多巴胺的质量比为3:4～3:5。
优选的，所述云母加入水中之前进行预处理；所述预处理的方法包括：将云母在水中进行超声清洗，然后干燥。
优选的，所述第二混合包括：将聚乳酸和有机溶剂混合，得到聚乳酸溶液；将所述聚多巴胺改性云母加入所述聚乳酸溶液中后依次进行均质和超声分散。
优选的，所述有机溶剂为二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或两种；所述聚乳酸和有机溶剂的用量比为1～2g：20～40mL；所述均质的转速为8000～10000rpm，时间为10～15min；所述超声分散的功率为280～320W，时间为15～20min。
本发明还提供了一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合材料，包括聚乳酸和分散在所述聚乳酸中的聚多巴胺改性云母；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合薄膜由上述方案所述的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料或上述方案所述制备方法制备的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料干燥后得到。
本发明还提供了一种涂层复合物，包括基材和设置在所述基材表面的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层包括聚乳酸和分散在聚乳酸中的聚多巴胺改性云母；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层由上述方案所述的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料或上述方案所述制备方法制备的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料在基材表面涂覆后干燥得到。
优选的，所述基材为木材。
本发明提供了一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料，包括聚乳酸、聚多巴胺改性云母和有机溶剂；所述聚多巴胺改性云母的质量为所述聚乳酸质量的0～25％，且不为0；所述聚多巴胺改性云母包括云母和负载在所述云母上的聚多巴胺。本发明采用聚多巴胺改性云母(PDA@MICA)作为有效的纳米填料，能够提高云母与聚乳酸的界面相容性，实现云母在聚乳酸中的稳定分散；利用本发明的涂料制备的薄膜或涂层具有优异的力学性能、热稳定性和紫外线屏蔽性能。
此外，PDA是由多巴胺在中等反应条件下通过氢键、π-π相互作用、疏水作用和静电作用在儿茶酚基团和氨基之间连续氧化而成的聚合大分子体系，非共价相互作用所提供的丰富交联网络有助于提高涂料的机械性能以及对各种基材的粘合性。并且，暴露在PDA表面的邻苯二酚基团、氨基基团和酰亚胺基团也可作为反应平台，使其能够涂覆到木材等基材的表面上。
本发明还提供了上述方案所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料的制备方法，本发明通过溶液共混和自组装制备得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料，工艺流程十分简单，可操作性强，环境友好，成本低，具有广阔的实际应用前景。
本发明还提供了一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合材料，由上述方案所述的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料干燥后得到。本发明引入了最有效的生物仿生模型之一“砖砂结构”来改善复合材料的机械性能，本发明提供的复合材料中，PDA@MICA可均匀地分散在聚乳酸基体中，所得复合薄膜具有独特的层间网络结构，力学强度明显提高。并且，PDA@MICA对聚乳酸形貌、热稳定性和紫外线吸收性能具有改善作用，所得复合材料能够克服聚乳酸热稳定性低和机械强度低的固有缺点，促进了其在纳米复合材料工业领域的广泛发展。
本发明还提供了一种涂层复合物，包括基材和设置在所述基材表面的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层。采用本发明的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料在基材表面制备涂层，所得涂层复合物的表面光泽度高、硬度高，基材和涂层之间的界面结合力强。
附图说明
图1为不同PDA@MICA质量分数的PLA/PDA@MICA复合薄膜的力学曲线；
图2为不同PDA@MICA质量分数的PLA/PDA@MICA复合薄膜的热稳定性；
图3为不同PDA@MICA质量分数的PLA/PDA@MICA复合薄膜的紫外屏蔽性能；
图4为对比例2所得复合薄膜的紫外屏蔽性能测试结果；
图5为表面具有不同涂层的木材的铅笔硬度测试结果；
图6为表面具有不同涂层的木材的表面光泽度测试结果；
图7为不同涂层与木材的附着力测试结果；
图8为不同涂层与木材的粘附强度测试结果。
具体实施方式
本发明提供了一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料，包括聚乳酸、聚多巴胺改性云母和有机溶剂；所述聚多巴胺改性云母的质量为所述聚乳酸质量的0～25％，且不为0；所述聚多巴胺改性云母包括云母和负载在所述云母上的聚多巴胺。
本发明提供的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料包括聚乳酸；本发明对所述聚乳酸没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的即可。
本发明提供的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料包括聚多巴胺改性云母；在本发明中，所述所述聚多巴胺改性云母包括云母和负载在所述云母上的聚多巴胺；所述聚多巴胺改性云母的质量优选为所述聚乳酸质量的5～25％，更优选为5～20％。
在本发明中，所述有机溶剂优选为二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或两种，更优选为二氯甲烷；所述聚乳酸和有机溶剂的质量体积比优选为1～2g：20～40mL。
本发明还提供了上述方案所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料的制备方法，包括以下步骤：
将水、碱性缓冲液、云母和多巴胺第一混合，将所得混合料液离心，得到聚多巴胺改性云母；
将聚乳酸、有机溶剂和所述聚多巴胺改性云母第二混合，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。
本发明将水、碱性缓冲液、云母和多巴胺第一混合，将所得混合料液离心，得到聚多巴胺改性云母。在本发明中，所述云母和多巴胺的质量比优选为3:4～3:5；所述云母优选为云母纳米片，所述云母纳米片的目数优选为200～400目。
在本发明中，所述第一混合优选包括：将云母加入水中进行超声分散，得到云母分散液；向所述云母分散液中加入碱性缓冲溶液，将体系的pH值调节至8～10，优选为8.5，然后加入多巴胺进行搅拌混合。所述水优选为去离子水；所述去离子水的体积和多巴胺的质量之比优选为475:1～500:1；本发明利用碱性缓冲溶液调节体系的pH值，为多巴胺的自聚合提供弱碱性条件；所述超声分散的功率优选为280～320W，更优选为300W，时间优选为10～20min，更优选为15min；所述搅拌混合的时间优选为23～25h，更优选为24h；在搅拌混合过程中，多巴胺发生自聚合，并粘附在云母表面。在本发明的具体实施例中，在搅拌混合过程中溶液的颜色由无色变为深棕色。
在本发明中，所述云母加入水中之前优选进行预处理；所述预处理的方法包括：将云母在水中进行超声清洗，然后干燥；所述超声清洗的功率优选为280～300W，更优选为300W，所述超声清洗的时间优选为10～20min，更优选为15min；本发明对所述干燥的条件没有特殊要求，能够将水完全去除即可；本发明通过预处理能够提高云母的分散性。
第一混合完成后，本发明将所得混合料液离心，得到固体样品；所述固体样品为深棕色；离心后，本发明优选将所得固体样品进行洗涤和干燥，即得到所述聚多巴胺改性云母(PDA@MICA)；所述洗涤用洗涤剂优选为乙醇。
得到聚多巴胺改性云母后，本发明将聚乳酸、有机溶剂和所述聚多巴胺改性云母第二混合，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。在本发明中，所述有机溶剂优选为二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或两种，更优选为二氯甲烷；所述聚乳酸和有机溶剂的用量比优选为1～2g：20～40mL；所述聚多巴胺改性云母的质量为所述聚乳酸质量的0～25％，且不为0，优选为5～25％，更优选为5～20％，进一步优选为10～15％。
在本发明中，所述第二混合优选包括：将聚乳酸和有机溶剂混合，得到聚乳酸溶液；将所述聚多巴胺改性云母加入所述聚乳酸溶液中后依次进行均质和超声分散；所述均质的转速优选为8000～10000rpm，更优选为10000rpm，所述均质的时间优选为10～15min；所述超声分散的功率优选为280～320W，更优选为300W，时间优选为15～20min。
本发明还提供了一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合材料，包括聚乳酸和分散在所述聚乳酸中的聚多巴胺改性云母；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合材料由聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料干燥后得到；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料为上述方案所述的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料或上述方案所述制备方法制备的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。在本发明中，所述干燥优选为自然风干，所述自然风干的温度优选为室温；在本发明中，所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合材料的形式优选为薄膜；本发明优选将聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料倒入平板状模具中，风干后脱膜，即得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合薄膜；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合薄膜的厚度优选为100～120微米，更优选为100微米；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合薄膜可应用于包装、工业生产等领域中。
本发明还提供了一种涂层复合物，包括基材和设置在所述基材表面的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层包括聚乳酸和分散在聚乳酸中的聚多巴胺改性云母；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层由上述方案所述的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料或上述方案所述制备方法制备的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料在基材表面涂覆后干燥得到；本发明对所述涂覆的方法没有特殊要求，能够在基材表面均匀涂覆即可；所述干燥优选为自然风干，所述自然风干的温度优选为室温；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层的厚度优选为80～100微米，更优选为100微米；所述基材优选为木材；本发明对所述木材的具体种类没有特殊要求，采用本领域的常规木材即可，在本发明的具体实施例中，采用的是缅甸花梨木；本发明在木材表面涂覆聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层，能够提高木材表面光泽度和硬度，并且随着涂料中聚多巴胺改性云母含量的增加，涂层和木材的界面结合力越强。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)首先将云母粉末置于去离子水中超声清洗，超声清洗的功率为300W，时间为15min；干燥后待用。
将0.6g预处理后的云母分散在380mL去离子水中超声分散，超声分散的功率为300W，时间为15min，之后加入Tris-HCl缓冲溶液，调节至溶液的pH值为8.5，为多巴胺的自聚合提供弱碱性条件。然后加入0.8g多巴胺，搅拌混合24h，溶液颜色由无色变为深棕色。离心得到深棕色固体样品，并用乙醇洗涤数次。干燥后，得到PDA@MICA粉末。
(2)将2g聚乳酸分散在20mL二氯甲烷中，然后加入PDA@MICA，PDA@MICA的质量为聚乳酸质量的5％。将上述浆料以10000rpm的速度均质10min，然后在20℃下超声分散20min，超声功率为300W，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。
将聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料涂覆在模具表面后在室温下自然风干，然后脱模，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合薄膜，记为PLA/PDA@MICA复合薄膜。
实施例2
(1)首先将云母粉末置于去离子水中超声清洗，超声清洗的功率为300W，时间为15min；干燥后待用。
将0.6g预处理后的云母分散在380mL去离子水中超声分散，超声分散的功率为300W，时间为15min，之后加入Tris-HCl缓冲溶液，调节至溶液的pH值为8.5，为多巴胺的自聚合提供弱碱性条件。然后加入0.8g多巴胺，搅拌混合24h，溶液颜色由无色变为深棕色。离心得到深棕色固体样品，并用乙醇洗涤数次。干燥后，得到PDA@MICA粉末。
(2)将2g聚乳酸分散在20mL二氯甲烷中，然后加入PDA@MICA，PDA@MICA的质量为聚乳酸质量的10％。将上述浆料以10000rpm的速度均质10min，然后在20℃下超声分散20min，超声功率为300W，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。
将聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料涂覆在模具表面后在室温下自然风干，然后脱模，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合薄膜。
实施例3
(1)首先将云母粉末置于去离子水中超声清洗，超声清洗的功率为300W，时间为15min；干燥后待用。
将0.6g预处理后的云母分散在380mL去离子水中超声分散，超声分散的功率为300W，时间为15min，之后加入Tris-HCl缓冲溶液，调节至溶液的pH值为8.5，为多巴胺的自聚合提供弱碱性条件。然后加入0.8g多巴胺，搅拌混合24h，溶液颜色由无色变为深棕色。离心得到深棕色固体样品，并用乙醇洗涤数次。干燥后，得到PDA@MICA粉末。
(2)将2g聚乳酸分散在20mL二氯甲烷中，然后加入PDA@MICA，PDA@MICA的质量为聚乳酸质量的15％。将上述浆料以10000rpm的速度均质10min，然后在20℃下超声分散20min，超声功率为300W，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。
将聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料涂覆在模具表面后在室温下自然风干，然后脱模，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合薄膜。
实施例4
(1)首先将云母粉末置于去离子水中超声清洗，超声清洗的功率为300W，时间为15min；干燥后待用。
将0.6g预处理后的云母分散在380mL去离子水中超声分散，超声分散的功率为300W，时间为15min，之后加入Tris-HCl缓冲溶液，调节至溶液的pH值为8.5，为多巴胺的自聚合提供弱碱性条件。然后加入0.8g多巴胺，搅拌混合24h，溶液颜色由无色变为深棕色。离心得到深棕色固体样品，并用乙醇洗涤数次。干燥后，得到PDA@MICA粉末。
(2)将2g聚乳酸分散在20mL二氯甲烷中，然后加入PDA@MICA，PDA@MICA的质量为聚乳酸质量的20％。将上述浆料以10000rpm的速度均质10min，然后在20℃下超声分散20min，超声功率为300W，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。
将聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料涂覆在模具表面后在室温下自然风干，然后脱模，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合薄膜。
实施例5
(1)首先将云母粉末置于去离子水中超声清洗，超声清洗的功率为300W，时间为15min；干燥后待用。
将0.6g预处理后的云母分散在380mL去离子水中超声分散，超声分散的功率为300W，时间为15min，之后加入Tris-HCl缓冲溶液，调节至溶液的pH值为8.5，为多巴胺的自聚合提供弱碱性条件。然后加入0.8g多巴胺，搅拌混合24h，溶液颜色由无色变为深棕色。离心得到深棕色固体样品，并用乙醇洗涤数次。干燥后，得到PDA@MICA粉末。
(2)将2g聚乳酸分散在20mL二氯甲烷中，然后加入PDA@MICA，PDA@MICA的质量为聚乳酸质量的25％。将上述浆料以10000rpm的速度均质10min，然后在20℃下超声分散20min，超声功率为300W，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。
将聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料涂覆在模具表面后在室温下自然风干，然后脱模，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合薄膜。
对比例1
将2g聚乳酸分散在20mL二氯甲烷中，将所得聚乳酸浆料涂覆在模具表面后在室温下自然风干，然后脱模，得到聚乳酸薄膜。
性能测试：
对实施例1～5制备的复合薄膜以及对比例1制备的聚乳酸薄膜的力学性能、热稳定性以及紫外屏蔽性能进行测试；实施例1～5制备的复合薄膜以及对比例1制备的聚乳酸薄膜的厚度均为100微米。
通过拉伸试验评估了聚乳酸薄膜和PLA/PDA@MICA复合薄膜的力学性能，结果如图1所示。根据图1可以看出，与纯聚乳酸相比，得益于云母的二维片层结构，以及聚乳酸和PDA@MICA之间良好的界面相容性，PLA/PDA@MICA复合薄膜的力学性能大大提高；并且，PLA/PDA@MICA薄膜的拉伸强度随着PDA@MICA含量的增加而升高。在PDA@MICA的添加量增加到15wt％时，拉伸强度最高(≈96MPa)，几乎是聚乳酸薄膜的两倍。随着PDA@MICA添加量的继续增加，PDA@MICA含量为20wt％的样品的拉伸强度略有下降，这可能是由于PDA@MICA的含量过多，分散效果不好，导致聚合物基体中缺陷的形成。
图2为不同PDA@MICA质量分数的PLA/PDA@MICA复合薄膜以及聚乳酸薄膜的热稳定性测试结果。图2显示了聚乳酸薄膜以及PLA/PDA@MICA复合薄膜的TGA质量损失曲线，根据图2可以看出，所有薄膜都在305℃左右出现一次质量损失，主要是聚酯链的降解分解。PDA@MICA的比例越高(25wt％)，热稳定性的改善效果越好。这表明添加PDA@MICA提高了聚乳酸复合材料的热稳定性。
通过紫外可见光谱测量了不同PDA@MICA质量分数的PLA/PDA@MICA复合薄膜以及聚乳酸薄膜的紫外可见透射率，结果如图3所示。图3中的结果显示，PLA/PDA@MICA复合薄膜在紫外波段(280nm)具有较低的透过率，而在可见光波段(555nm)具有较高的透过率，表明该复合薄膜具有良好的紫外屏蔽性能和可见光透过率。随着PDA@MICA含量的增加，复合薄膜的紫外线屏蔽性能逐渐提高。例如，纯聚乳酸和不同PDA@MICA质量分数的PLA/PDA@MICA样品在280nm波长处的透过率分别为54.5％、31.5％、27.1％、25.2％、26.2％和23.9％。表明本发明制备的PLA/PDA@MICA复合薄膜具有优异的紫外线屏蔽性能。在可见光波长范围(400-800nm)内，纯聚乳酸薄膜的透过率大于70％，随着PDA@MICA含量的增加，复合薄膜的可见光屏蔽性能逐渐提高，这表明该复合薄膜也能在一定程度上屏蔽可见光，复合薄膜的紫外线屏蔽能力可使基材免受紫外线的伤害。
对比例2
将2g聚乳酸分散在20mL二氯甲烷中，然后加入仅经预处理(预处理方法和实施例1一致)，未进行改性的云母，云母的质量为聚乳酸质量的10％，15％，20％。将上述浆料以10000rpm的速度均质10min，然后在20℃下超声分散20min，超声功率为300W，得到聚乳酸/云母纳米复合涂料。
将聚乳酸/云母纳米复合涂料涂覆在模具表面后在室温下自然风干，然后脱模，得到聚乳酸云母纳米复合薄膜，厚度为100微米。测试所得聚乳酸云母纳米复合薄膜的拉伸强度，结果如表1所示。同时对所得薄膜的紫外可见光透射率进行测试，结果见图4。
表1PLA/MICA薄膜拉伸强度变化
| 云母含量 | 10％ | 15％ | 20％ |
| 拉伸强度(MPa) | 62.25 | 71.37 | 80.61 |
根据表1可以看出，未改性的云母添加量为10％时，所得薄膜的拉伸强度为62.25MPa，添加量为15％时，所得薄膜的拉伸强度为71.37MPa，添加量为20％时，所得薄膜的拉伸强度为80.61MPa，而结合图1可以看出，经本发明改性后的云母添加到聚乳酸中后，添加量为10％时所得薄膜的拉伸强度达到72.72MPa，添加量为15％时所得薄膜的拉伸强度达到95.91MPa，添加量为20％时薄膜的拉伸强度达到91.96MPa，明显高于对比例2所得薄膜。
同时，根据图4可以看出，对比例2制备的薄膜在紫外波段(280nm)透过率较高，紫外屏蔽性能较差。
以上结果表明，本发明通过聚多巴胺对云母进行改性，能够提高云母和聚乳酸的界面相容性，从而使云母在聚乳酸中均匀分散，提高其各方面性能。
实施例6
将实施例1～5制备的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料以及对比例1制备的聚乳酸浆料分别涂覆在木材(缅甸花梨木)表面，然后在室温下自然风干，在木材表面形成涂层；涂层的厚度均为100微米。
根据ASTM标准D3363-20，使用QHQ-A商用铅笔硬度计，用硬度为2B至5H的标准铅笔测定了每种涂层的木材表面硬度。结果如图5所示。根据图5可以看出，将PDA@MICA作为填料添加到聚乳酸中，所得涂层的硬度明显增加，并且PDA@MICA含量为15～25wt％时，涂层的硬度最高。
根据ASTM标准D523，使用WGG-60光泽度仪在60°入射角下测量每种涂层木材表面的光泽度。结果如图6所示。根据图6中的结果可以看出，虽然光泽度和涂覆聚乳酸涂层相比较低，但是和未设置涂层的木材相比，涂覆聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层后，光泽度明显增加。
根据ASTM标准D3359-09，使用QFH-A涂层横切仪进行横切胶带测试，确定复合涂层在木质基材上的附着力水平，结果如图7所示；根据ASTM D4541的拉拔试验评估复合涂层的附着强度，测量粘附强度，直到锻模与样品分离，并记录断裂时的最大粘附强度(单位：兆帕)，结果如图8所示。根据图7～图8可以看出，将PDA@MICA作为填料添加到聚乳酸中，所得涂层与木材的附着力和粘附强度明显增加，并且PDA@MICA含量为10～20wt％时，涂层与木材的附着力最高，PDA@MICA含量为15wt％时，涂层与木材的粘附强度最高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料，其特征在于，包括聚乳酸、聚多巴胺改性云母和有机溶剂；所述聚多巴胺改性云母的质量为所述聚乳酸质量的0～25％，且不为0；所述聚多巴胺改性云母包括云母和负载在所述云母上的聚多巴胺。
2.根据权利要求1所述的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料，其特征在于，所述聚多巴胺改性云母的质量为所述聚乳酸质量的5～25％。
3.权利要求1或2所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水、碱性缓冲液、云母和多巴胺第一混合，将所得混合料液离心，得到聚多巴胺改性云母；
将聚乳酸、有机溶剂和所述聚多巴胺改性云母第二混合，得到聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合包括：将云母加入水中进行超声分散，得到云母分散液；向所述云母分散液中加入碱性缓冲溶液，将体系的pH值调节至8～10，然后加入多巴胺进行搅拌混合；所述碱性缓冲溶液为Tris-HCl缓冲溶液；所述超声分散的功率为280～320W，时间为10～20min；所述搅拌混合的时间为23～25h；所述云母和多巴胺的质量比为3:4～3:5。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述云母加入水中之前进行预处理；所述预处理的方法包括：将云母在水中进行超声清洗，然后干燥。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第二混合包括：将聚乳酸和有机溶剂混合，得到聚乳酸溶液；将所述聚多巴胺改性云母加入所述聚乳酸溶液中后依次进行均质和超声分散。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为二氯甲烷和三氯甲烷中的一种或两种；所述聚乳酸和有机溶剂的用量比为1～2g：20～40mL；所述均质的转速为8000～10000rpm，时间为10～15min；所述超声分散的功率为280～320W，时间为15～20min。
8.一种聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合材料，其特征在于，包括聚乳酸和分散在所述聚乳酸中的聚多巴胺改性云母；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合材料由权利要求1～2任意一项所述的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料或权利要求3～7任意一项所述制备方法制备的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料干燥后得到。
9.一种涂层复合物，其特征在于，包括基材和设置在所述基材表面的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层包括聚乳酸和分散在聚乳酸中的聚多巴胺改性云母；所述聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂层由权利要求1～2任意一项所述的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料或权利要求3～7任意一项所述制备方法制备的聚乳酸/聚多巴胺/云母纳米复合涂料在基材表面涂覆后干燥得到。
10.根据权利要求9所述的涂层复合物，其特征在于，所述基材为木材。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN118047970A (zh) * | 2024-02-07 | 2024-05-17 | 泰州市宏腾科技有限公司 | 一种汽车纳米防水膜及其制备工艺 |
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- 2023-11-28 CN CN202311608411.4A patent/CN117511365A/zh active Pending
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