基于多酚纳米点修饰多层MXene的PVA/淀粉纳米复合材料：兼具高强度、高韧性与快速生物降解性的自修复材料

针对聚乙醇酸(PVA)/淀粉(ST)复合材料机械性能不足、易老化及降解慢等问题，研究人员通过在多层MXene(mMXene)表面自聚合单宁酸(TA)构建聚单宁酸(PTa)纳米点功能化交联剂(mMXene-PTa)，开发出具有动态氢键网络的有机-无机杂化纳米复合材料。该材料拉伸强度提升75%、韧性提高108%，同时具备优异的抗老化、自修复和加速生物降解特性，为开发高性能环境友好型聚合物提供了新范式。

　　

随着全球塑料污染问题日益严峻，开发高性能可降解材料成为迫切需求。聚乙醇酸(PVA)作为少数可完全生物降解的合成聚合物，虽具有优异的成膜性和阻隔性能，但其机械强度不足、热稳定性差、易老化且降解速率慢等问题严重制约了实际应用。与淀粉(ST)共混虽能加速降解，但会进一步削弱力学性能。传统改性方法如化学交联或刚性纳米颗粒填充往往以牺牲韧性为代价，且MXene等纳米材料需复杂剥离工艺，难以规模化应用。

受蜘蛛丝有序-无序结构的启发，研究人员通过在多层碳化钛MXene(mMXene)表面自聚合单宁酸(TA)，成功制备了聚单宁酸(PTa)纳米点功能化的mMXene-PTa杂化材料。该材料作为新型交联剂与PVA/ST复合后，PTa的酚羟基与聚合物链形成高密度氢键，构建以mMXene-PTa为节点的动态交联网络。当添加5% mMXene-PTa时，复合材料拉伸强度提升75%、韧性提高108%，且用量减少40%仍保持与纯mMXene相当的增强效果。同步辐射X射线衍射显示，外力作用下氢键的断裂与重组使网络发生动态变形，有效耗散机械能。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)证实了TA在mMXene表面的聚合及氢键形成，扫描电镜(SEM)观察到mMXene表面均匀分布的PTa纳米突起。热重分析显示mMXene-PTa使复合材料热分解温度提高28°C，紫外-可见光谱证明其紫外线吸收能力增强3.2倍。加速老化实验表明，PTa的自由基清除能力使材料在紫外照射500小时后力学性能保留率达92%。土壤降解实验显示ST和PTa协同作用使90天降解率提升至78%，且材料展现出自修复特性，划痕在60°C下24小时可完全愈合。

该研究创新性地通过仿生策略构建动态交联网络，突破了传统改性方法强度-韧性此消彼长的局限。mMXene-PTa不仅简化了纳米材料制备工艺，其抗氧化特性还解决了小分子抗老化剂易迁移的难题。所开发的PVA/ST/mMXene-PTa纳米复合材料兼具优异的力学性能、环境稳定性和可控降解特性，为设计新一代可持续高分子材料提供了重要参考。论文发表于《Carbohydrate Polymers》，获得重庆市自然科学基金和国家自然科学基金等项目支持。