[发明专利]一种偶联改性CNF/PCL复合材料及其应用

说明书

本发明涉及一种偶联改性CNF/PCL复合材料及其应用。所述复合材料，采用偶联改性棉花纳米纤维素增强聚己内酯。所述偶联改性棉花纳米纤维素的制备为：将棉花纳米纤维素超声分散于二氯甲烷溶液中，制得悬浮液；将悬浮液离心分离后，用无水乙醇洗涤离心物，继续离心除尽水，得到CNF浆；将NCF浆加入到无水乙醇中，加入硅烷偶联剂，搅拌后，静置，去除无水乙醇，干燥，制得偶联改性棉花纳米纤维素。本发明通过采用偶改性棉麻纳米纤维素对聚己内酯进行处理，降低了聚己内酯结晶度，提高了聚己内酯的亲水性，解决了聚己内酯水溶性差、亲水性差、熔点较低的问题，对聚己内酯的热稳定性、结晶效果、拉伸强度的影响也较小，可用于制备生物医用材料。

技术领域

本发明属于生物复合材料技术领域，尤其是一种偶联改性CNF/PCL复合材料及其应用。

背景技术

随着国民受教育程度的提高，人们逐渐意识到保护环境的重要性，所以人们把目光从有毒、难降解的高分子材料转向了无公害、天然有机的高分子材料，并且通过改性得到理想的优质复合材料。但是不可再生资源终究是有限的，为了长久的未来，我们必须利用大自然资源，以解燃眉之急。天然的植物纤维均在大自然中，具有无污染、绿色环保等特点，与天然纤维相比，天然纤维具有不均匀的长度和细度；抗熔性、吸湿性较好；抗静电性好等特点。

聚己内酯是可降解的高分子材料，目前已被开发用于3D打印耗材。它属于一种热稳定性能较优、与生物的相容性、可降解性优异的半结晶型高分子材。但是，聚己内酯的熔点和分解温度相对较低，所以优先考虑寻找天然、可再生、绿色的自然资源来改性聚己内酯。

天然纤维主要存在于棉，麻，丝和动物毛中。棉和麻的分子成分主要是纤维素。棉花是世界上重要的天然纤维作物,在我国国民经济中占有重要地位[4]。棉花含有许多有益元素，其中的天然植物纤维是可降解的天然高分子材料，对棉花加以开发利用就可以大大缓解当今世界面临的资源短缺的问题。

纳米纤维素具有质量轻、来源广泛、可降解及比表面积大等优点，它是增强复合材料(如聚己内酯、聚乳酸等)的理想选择。狭义上讲，纳米纤维的直径介于1nm到100nm之间，但从广义上来说，纤维直径低于1000nm的纤维均称为纳米纤维。微米尺度的填料对聚合物力学性能的增强效果甚微，而一些纳米尺度的填料却由于其粒径小，比表面积大以及其表面效应(如小尺寸效应、量子效应和电子隧道效应等)大幅度提高了与聚合物大分子间的作用力，即使纳米粒子在用量很少时，也可以对高分子材料起到明显的增强效果，因此受到广泛的关注。而棉花是其中一种自然资源，它被人类大规模种植。棉花中含有大量棉花纤维素，它是一种可降解和可再生的天然聚合物材料。如果我们对棉花加以利用和开发，这将大大缓解了人类所面临的资源枯竭问题。

目前，纳米纤维素增强聚己内酯材料已被广泛研究。如CN107522789A公开的了一种香蕉纤维素纳米纤维接枝聚己内酯复合材料，将5～10重量份所述香蕉纤维素纳米纤维、10～20重量份1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐，依次放入三口烧瓶中，油浴加热并在80℃下磁力搅拌至香蕉纤维素纳米纤维全部溶解，然后快速升温至130℃后，依次加入10～20重量份ε-己内酯、1～5重量份4-二甲氨基吡啶并混合均匀，在N₂保护下反应8h～10h后，加入30～50重量份异丙醇沉淀8h～10h，于4000r/pm下离心10min～15min得沉淀物，将所述沉淀物放入二氯甲烷溶液中浸泡2h～4h，于4000r/pm离心10min～15min后干燥，得香蕉纤维素纳米纤维接枝聚己内酯复合材料。又如文献《纳米孔纤维素凝胶增强聚己内酯的性能研究》(:中国化学会,2013)公开了在具有纳米孔结构的纤维素凝胶内进行己内酯的原位开环聚合,制备出纤维素凝胶/聚己内酯(NCG/PCL)纳米复合材料。

上述专利丝是直接将纳米纤维素直接用于聚集内酯改性，但是纳米纤维素在聚合物中分散性较差，高温反应时易发生团聚，而且制备工艺复杂。

发明内容