[发明专利]一种填充纳米银/纤维素纳米晶复合粒子的全生物降解复合膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属新型多功能性全生物降解复合膜及其制备领域，特别是涉及一种填充纳米银/纤维素纳米晶复合粒子的全生物降解复合膜及其制备方法。

背景技术

生物可降解聚酯（如聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、聚乳酸（PLA）等）在生物医用材料、薄膜材料、一次性用品、包装材料等方面有着广阔的应用潜力。但是纯生物可降解聚酯由于结构缺陷，材料仍然存在力学性能差、抗热变形温度较低、结晶速率慢等缺陷（CN102493021A；CN101927033A），限制了其进一步的应用。近年来，纤维素纳米晶因其高强高模（杨氏模量高达150GPa）、优良的生物可降解性、高长径比、表面带有丰富活性羟基等优点，成功的用于生物可降解聚酯的生物纳米增强剂（CN102775643A；CN201110191828.6）。特别是纤维素纳米晶表面负载纳米银制备成聚酯材料的多功能增强材料的研究更受关注，因为纳米银/纤维素纳米晶复合粒子不但可以增强材料的力学与热学性能，还能赋予材料抗菌性能，有效提高了产品的多功能性与附加值。

目前，已有研究将纳米银和纤维素纳米晶添加到聚乳酸基体中，制备了三元复合纳米复合材料。所得的复合材料的力学性能得到明显增强，并具有较强的抗菌性能，但是材料的热稳定性改善不明显，这主要由于纳米银是直接添加到聚合物基体，导致了纳米银与纤维素纳米晶缺乏有效结合，即使加入表面活性剂改善纳米银在基体的分散性，纳米银与纤维素纳米晶仍难以协同发挥作用（Fortunati E, Armentano I, Zhou Q, Iannonia A, Saino E, Visai L, Berglund LA, Kenny JM. Multifunctional bionanocomposite films of poly(lactic acid), cellulose nanocrystals and silver nanoparticles. Carbohydrate Polymers 2012; 87:1596–1605）。随后，Liu等人将从微晶纤维素酸解得到的纤维素纳米级置于NaClO/NaBr/2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)共氧化体系中选择性氧化后，再采用氢硼化钠将银盐还原成纳米银负载在纤维素纳米晶上，所得的复合粒子添加到水溶性聚氨酯制备成了复合材料。所得的复合材料不仅力学性能有明显增强，热学性能也有轻微提高，但是材料对金黄色葡萄球菌的抗菌效果不是很明显，抗菌率最高为87.7%。此外，本实验中表面改性的纤维素纳米晶制备过程比较复杂，所用的氢硼化钠还原剂也是有毒（Liu H, Song J, Shang S, Song Z, Wang D. Cellulose nanocrystal/silver nanoparticle composites as bifunctional nanofillers within waterborne polyurethane. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012; 5: 2413–2419）。针对上述缺陷，我们先前研究采用了“一步法”制备了醛基化的纤维素纳米晶，其表面醛基可作为银离子的还原点，成功地将高含量纳米银负载纤维素纳米晶上（CN102775643A），所得复合粒子中纤维素纳米晶与纳米银结合很牢靠，抗菌效果持久，并表面带有酯基，有利于在生物可降解聚酯基体的分散，更好地发挥纳米银/纤维素纳米晶复合粒子协同增效效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种填充纳米银/纤维素纳米晶复合粒子的全生物降解复合膜及其制备方法，该纤维膜为全生物降解产品，力学与热学性能优异，抗菌效果好，应用前景广阔；该方法简单快捷、廉价高效，适合于工业化批量生产；所用的纳米银/纤维素纳米晶复合粒子中纤维素纳米晶与纳米银结合牢固，并且表面带有酯基利于与聚酯复合。