本发明涉及功能材料，尤其是涉及一种强韧的高阻隔功能膜材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、随着科学技术的不断发展，单一组分的材料性能已经不能满足现代需要。因此，共混改性是一种必要的加工策略。但是，大多数材料在进行共混后，相容性较差，性能没有提升。
2、聚乳酸(pla)是一种生物基可降解材料，具有较高的强度和较好的加工性能，是目前商业化最成功的可降解材料之一。聚碳酸亚丙酯(ppc)被广泛关注，它是一种新型的可生物降解脂肪族聚合物，具有良好的降解性、阻隔性以及透明、无毒等特点，广泛应用于食品包装、医用器械、工程塑料等领域。但是pla/ppc共混物相容性较差，表现出较差的综合性能。目前，传统增容剂存在着效率较低且缺乏功能性等问题，限制共混物的应用范围。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种强韧的高阻隔功能膜材料及其制备方法和应用。本发明以sio2空心球为模板对其进行改性，制备了pdla/ppcm janus纳米片，将其加入到基体plla/ppc中能够更好的分散在两相界面处，从而使得共混物的增容效率有效提高。
2、本发明的技术方案如下：
3、本发明的第一个目的是提供一种强韧的高阻隔功能膜材料，包括如下重量份数的原料：左旋聚乳酸60-90份、聚碳酸亚丙酯10-40份、pdla/ppcm janus纳米片0.1-3份；
4、pdla/ppcm janus纳米片以sio2空心球为模板，接枝姜黄素的聚碳酸亚丙酯二醇(ppcm)、右旋聚乳酸(pdla)分别修饰在模板的两侧。
5、在本发明的一种实施方式中，pdla/ppcm janus纳米片的制备方法为：
6、(1)ppc二醇与赖氨酸二异氰酸酯反应，反应结束后，体系中加入sio2空心球分散液以及姜黄素，制得外表面接枝ppcm的sio2空心球；
7、(2)外表面接枝ppcm的sio2空心球经超声破碎后，得sio2-ppcm纳米片，之后与硅烷偶联剂、右旋聚乳酸反应，制得所述pdla/ppcm janus纳米片。
8、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，ppc二醇与赖氨酸二异氰酸酯的摩尔比为1:2-3。
9、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，反应条件为：将ppc二醇在110℃下减压蒸馏4-6h，随后冷却至60℃，将蒸馏后的ppc二醇滴入赖氨酸二异氰酸中，在氮气条件下，50-60℃搅拌反应3-5h；然后加入150-250ml sio2空心球分散液(0.75/100，g/ml)和2-4g姜黄素降温至40℃搅拌12-18h；然后用去离子水、四氢呋喃洗涤离心干燥，制得外表面接枝ppcm的sio2空心球。
10、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，sio2空心球分散液由sio2空心球分散在四氢呋喃中制得；sio2空心球分散液的浓度为0.5-0.75g/100ml；sio2空心球的粒径为4.5-5.5μm。
11、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，ppc二元醇与sio2空心球分散液的质量体积比为5-10/100，g/ml；姜黄素与sio2空心球分散液的质量体积比为1-5/100，g/ml。
12、在本发明的一种实施方式中，步骤(1)中，
13、将ppc滴入赖氨酸二异氰酸酯中，加入催化剂二月桂酸二丁基锡(添加量为ppc质量的0.01-0.05％)，在氮气条件下，50-60℃搅拌反应3-5h；随后，将150-250ml sio2空心球分散液以及2-4g姜黄素加入到反应体系中，降温至40℃继续搅拌12-18h；然后用去离子水、四氢呋喃洗涤离心干燥，制得外表面接枝ppcm的sio2空心球。
14、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，超声破碎的条件为：500-600w超声处理1-1.5h；
15、反应条件为：将sio2-ppcm纳米片分散在氯仿中，然后加入硅烷偶联剂kh560在40-50℃反应2-3.5h使其表面接枝上环氧基团，再加入右旋聚乳酸pdla，在三颈烧瓶(氮气)中80-100℃反应20-25h，最后充分搅拌、离心、氯仿洗涤、干燥后得到所述janus纳米片。
16、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，硅烷偶联剂为kh560；sio2-ppcm纳米片、右旋聚乳酸与硅烷偶联剂之间质量比为1:2-5:5-10。
17、在本发明的一种实施方式中，步骤(2)中，外表面接枝ppcm的sio2空心球分散在无水乙醇中，500-600w超声处理1-1.5h，即可将空心球破碎成片，即sio2-ppcm纳米片；然后将sio2-ppcm纳米片分散在氯仿中，加入硅烷偶联剂kh560在40-50℃反应2-3.5h使其表面接枝上环氧基团，再加入右旋聚乳酸pdla，在三颈烧瓶(氮气)中80-100℃反应20-25h，最后充分搅拌、离心、氯仿洗涤、干燥后得到所述janus纳米片。
18、本发明的第二个目的是提供一种上述强韧的高阻隔功能膜材料的制备方法，包括如下步骤：
19、将60-90份左旋聚乳酸(plla)、10-40份聚碳酸亚丙酯(ppc)、0.1-3份pdla/ppcmjanus纳米片通过熔融共混，之后成型，即得所述强韧的高阻隔功能膜材料。
20、在本发明的一种实施方式中，强韧的高阻隔功能膜材料的制备方法，具体步骤为：
21、将60-90份左旋聚乳酸(plla)、10-40份聚碳酸亚丙酯(ppc)、0.1-3份pdla/ppcmjanus纳米片在190-200℃下共混5-6min，之后挤出成型薄膜或薄片，然后快速冷却至15℃以下，使其结晶度小于10％；再利用平膜双向拉伸工艺对冷却后的薄膜或薄片在70-75℃下进行双向拉伸，然后在100-110℃下进行热处理，得到所述强韧的高阻隔功能膜材料；
22、或者，
23、将60-90份左旋聚乳酸(plla)、10-40份聚碳酸亚丙酯(ppc)、0.1-3份pdla/ppcmjanus纳米片在190-200℃下共混5-6min，之后通过管型机头口模形成管胚，将管胚快速冷却至15℃以下，使其结晶度小于10％；再利用管膜双向拉伸工艺在70-75℃下对冷却后的管胚进行吹胀、牵伸、定型，然后在100-110℃下进行热处理，得到所述强韧的高阻隔功能膜材料。
24、在本发明的一种实施方式中，平膜双向拉伸工艺的拉伸温度为70-75℃，热处理温度为100-110℃，横向拉伸倍率为4倍，纵向拉伸倍率为4倍。
25、在本发明的一种实施方式中，管膜双向拉伸工艺的拉伸温度为70-75℃，热处理温度为100-110℃，吹胀比为3倍，牵伸比为5倍。
26、本发明的第三个目的是提供一种上述强韧的高阻隔功能膜材料的应用，用于食品、日用品、环境、农业或医药领域。
27、本发明有益的技术效果在于：
28、本发明中pdla/ppcm janus纳米片上接枝的pdla和基体的plla在熔融共混过程中形成了立构复合晶，该晶分散在两相界面处，进一步增强了聚合物共混物的强度。
29、本发明通过控制双向拉伸条件使janus纳米片在共混物中取向，大大增加了气体小分子在薄膜中的扩散路径，而且janus纳米片与基体的plla原位形成的立构复合晶以及ppc分子链之间桥接形成阻隔网络，具有协同阻隔气体小分子的特殊作用。因此，共混物薄膜的拉伸强度和断裂伸长率以及阻隔性能均有明显提升。
30、本发明中由于姜黄素以及聚乳酸的特性，共混物具备良好的抗紫外的效果。另外，通过接枝姜黄素，使其在共混物中具有良好的分散性，因此显著提升了共混物薄膜的氨气响应能力，以及腐败检测能力。因此，有利于其在包装、地膜等领域的应用。
31、本发明设计了一种janus结构的纳米片，通过调控其分散性以及双向拉伸等工艺，制得的plla/ppc薄膜兼顾机械性能以及高阻隔性、多功能性，利于其在包装领域应用的扩展。