研究表明，開發(fā)聚乳酸（PLA）等可生物降解材料是減少對不可降解塑料的依賴和這些廢物積累的有前途的策略。然而，制造具有優(yōu)異機(jī)械和阻隔性能的高性能可生物降解薄膜仍然是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn)。
為此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士、管慶方特任副研究員團(tuán)隊(duì)通過引入最有效的仿生模型之一的“磚和泥”結(jié)構(gòu)來改善材料的綜合性能。提出了PLA輔助的剝離和分散方法，以天然礦物云母為原料制備PLA包覆的云母納米片(納米云母/PLA)。通過引入剪切力組件，可以制造出一種具有“磚和泥”結(jié)構(gòu)的珍珠質(zhì)納米復(fù)合薄膜。這種珍珠質(zhì)納米復(fù)合膜顯示出優(yōu)異的機(jī)械性能、紫外線屏蔽和阻氣性能。珍珠質(zhì)納米復(fù)合薄膜的整體性能優(yōu)于商業(yè)塑料薄膜，這將有可能打開PLA在包裝領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的道路。
一般來說，“磚”的選擇在珍珠質(zhì)“磚和泥”結(jié)構(gòu)材料的制造中起著關(guān)鍵作用。天然云母被選為“磚”的原料，主要是因?yàn)樗哂胸S富的儲(chǔ)量和優(yōu)異的紫外線防護(hù)性能。為了從云母中提取2D納米級構(gòu)建塊，將天然云母機(jī)械粉碎成云母粉末，然后將其加入PLA溶液中并依次用高速剪切和超聲波處理。通過上述兩步處理，云母成功剝離到涂有PLA分子的2D無機(jī)云母納米片（納米云母）上。發(fā)現(xiàn)納米云母片可以在PLA溶液中形成均勻的分散體。PLA分子的修飾極大地促進(jìn)了PLA和納米云母片之間的結(jié)合能力，這使得隨后的自組裝過程成為可能。
圖1 珍珠質(zhì)納米云母/PLA納米復(fù)合膜的制備
受益于珍珠質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與純PLA相比，納米云母/PLA納米復(fù)合膜的機(jī)械性能大大提高。與其他塑料薄膜相比，PLA的高結(jié)晶度使其具有相對高的阻氧性能，可作為堅(jiān)果、藥品等氧化敏感產(chǎn)品的包裝材料。珍珠質(zhì)薄膜的水蒸氣阻隔性比純PLA薄膜好約4倍。與市售的乙酸乙烯酯共聚物（EVA）包裝膜相比，改進(jìn)近3倍。與純PLA薄膜相比，珍珠質(zhì)薄膜的油脂阻擋提高了6倍。珍珠質(zhì)薄膜具有出色的潤滑脂阻隔性能，為化妝品，藥品和富含揮發(fā)油的食品的包裝材料提供了全新的選擇。珍珠質(zhì)納米復(fù)合薄膜還具有出色的紫外線屏蔽性能，可用作紫外線敏感食品、醫(yī)藥和電子產(chǎn)品的包裝材料，以避免紫外線損傷。
該研究的珍珠質(zhì)納米復(fù)合薄膜有望成為未來優(yōu)秀的食品包裝材料，這將延長食品的保質(zhì)期。
資料來源：高分子科學(xué)前沿
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