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一种天然填料及其高强高韧聚合物复合材料、制备方法和应用,属于生物基改性剂及高强高韧聚合物复合材料领域。所述天然填料由天然多羟基大分子和天然多羟基小分子组成;其中,天然多羟基小分子上的羟基含量不少于3个,天然多羟基大分子通过羟基间氢键作用将天然多羟基小分子吸附到其表面。所述高强高韧聚合物复合材料包括天然填料和含有酯基、碳酸酯基或氨基甲酸酯的聚合物,以重量份计,聚合物95~99.5份,天然填料为0.5~5份。本发明制备的天然填料可同时提高复合材料的强度和韧性。

(1)将天然多羟基大分子分散在水中，超声20～60min后搅拌30～60min，反复超声及搅拌，实现天然多羟基大分子在水中的纳米级分散；

(2)将天然多羟基小分子添加到天然多羟基大分子的水分散液中，混合液搅拌1～5h；

(3)混合液干燥后得到天然填料。所述的一种天然填料的制备方法，步骤(1)中，天然多羟基大分子和水的质量比为1：(50～200)；步骤(2)中，天然多羟基大分子和多羟基小分子的质量比为1：(1～5)；步骤(3)中，优选通过冷冻干燥实现干燥。

近年来，含有酯基、碳酸酯基或氨基甲酸酯基的高分子材料受到广泛的关注，这是因为这些高分子材料往往具有一些优异的特性，如聚乳酸(PLA)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚对苯二甲酸己二酸丁二醇酯(PBAT)、聚碳酸亚丙酯(PPC)等具有生物降解性，丙烯酸酯橡胶(ACM)具有优异的耐候性，聚氨酯弹性体(PU)具有优异的耐磨性能。但是这些材料大部分存在刚韧不平衡的问题：PLA具有高强度、高模量，但断裂伸长率非常低导致其韧性非常差，因此需要增韧；PBS、PBAT、PPC、ACM等具有良好的韧性，但是强度和模量低、质软，难以满足很多应用场景的需求，需要增强。

天然多羟基材料，如纤维素、淀粉、壳聚糖、木糖醇等，具有可再生、环境友好等特点，是环境友好改性填料的一个重要发展方向。但是天然多羟基材料中含有大量羟基，分子间氢键作用强且与聚合物基体相容性差，非常容易团聚成大颗粒，在聚合物中分散差，进而导致其增强或增韧效果不佳。通常通过化学改性或溶液共混的方法，优化天然多羟基大分子在生物降解塑料中的分散。但是化学改性的方法复杂，且会引入不可降解的组分；而溶液共混的方法难以大规模推广应用。因此，探索新的、简单易行的天然多羟基大分子的改性方法，优化其在聚合物基体中的分散和界面作用，对于制备出高强高韧的复合材料具有意义重大。

本发明在生物基改性剂及高强高韧聚合物复合材料领域有着广泛的应用前景。

发明人：张旭辉 杨佳宁 东为富 李婷 蒋杰 汪洋 夏碧华

江南大学是教育部直属、国家“211工程”重点建设高校和“双一流”建设高校。学校具有悠久的办学历史、厚重的文化积淀，源起1902年创建的三江师范学堂，历经国立中央大学、南京大学等发展时期；1958年南京工学院食品工业系整建制东迁无锡独立建校，成立无锡轻工业学院；1962年无锡纺织工学院并入无锡轻工业学院；1995年更名为无锡轻工大学；2001年无锡轻工大学、江南学院、无锡教育学院合并组建江南大学；2003年东华大学无锡校区并入江南大学。

天然填料和基于天然填料的高强高韧聚合物复合材料，可用于制备高性能生物降解材料，如地膜、塑料袋、餐具等，也可用于制备高强高韧的医用材料，如组织工程材料、透析膜、手术缝合线等，还可用于高强高韧的工程材料，如门窗玻璃、汽车仪表盘等。

本领域普通技术人员还可根据需要添加可选的其他助剂来获得更佳的使用性能，这些助剂可选自抗老化剂、防腐剂、杀菌剂、抗静电剂交联剂、颜料、填料、香料等，可同时加入或单独加入。

(1)由于本发明中杂化组分为天然多羟基大分子和天然多羟基小分子，均为生物基来源，反应中所用的溶剂为水，环保安全，实施工艺简单易行。

(2)本发明制备的天然填料可同时提高复合材料的强度和韧性。

科技成果只有通过实施开发应用，使其转化为生产力，才能取得经济效益和社会效益。成果方目标是将科技成果转化为现实生产力，期待有意愿的企业或合作单位进行合作推广或者进行产品生产。考虑合作转化、许可+合作等转化方式与企业、科学技术研究开发机构和其他组织建立合作关系。