[發(fā)明專利]二氧化鈦/聚乳酸納米復(fù)合材料的制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210518402.1
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN102964572A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄧超;陳亞麗;張春娥;費鵬;王其召;蘇碧桃
• 申請（專利權(quán)）人: 西北師范大學(xué)
• 主分類號: C08G63/06
• 分類號: C08G63/06;C08G63/85;C01G23/053;B82Y30/00
• 代理公司: 甘肅省知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)中心 62100
• 代理人: 張英荷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種二氧化鈦/聚乳酸（TiO₂/PLA）納米復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

聚乳酸（PLA）具有優(yōu)良的生物可降解性，其降解的最終產(chǎn)物是二氧化碳和水，不會對環(huán)境造成污染，是一種完全自然循環(huán)型的可生物降解材料。因此，在以環(huán)境和發(fā)展為主體的今天，PLA理所當(dāng)然受到人們的青睞，對其在各領(lǐng)域的研究、應(yīng)用也日益廣泛。但其由于存在力學(xué)強度低、恢復(fù)力低等缺點，使之難以應(yīng)用在那些對力學(xué)性能要求較高的醫(yī)學(xué)制品上。???TiO₂作為無機添加相，具有其無機材料的高強度力學(xué)性能，并且還具有良好的親水、殺菌和光催化性能等。將二氧化鈦和聚乳酸復(fù)合得到的TiO₂/PLA復(fù)合材料，既能夠發(fā)揮聚合物的柔韌性、機械加工性，又能夠體現(xiàn)無機物的機械強度和硬度；若將二者在納米尺度上復(fù)合，還能使復(fù)合材料具有納米材料的一些獨特性能，從而使復(fù)合材料的綜合性能得到有效提升。

目前，TiO₂/PLA的復(fù)合材料的制備方法主要有化學(xué)法和物理法。化學(xué)法主要是以丙交酯為原料，通過其在二氧化鈦顆粒表面的開環(huán)聚合來制備復(fù)合材料。就化學(xué)法而言，其優(yōu)點在于可以制得有機-無機相間存在化學(xué)鍵合作用的復(fù)合材料，使復(fù)合材料的性能得到有效提升。但該法的不足之處在于：生產(chǎn)工藝冗長、工藝復(fù)雜、產(chǎn)率及高分子接枝率低、溶劑耗費量大、成本高等。物理法即機械混合法，是通過機械研磨的方法實現(xiàn)無機組分-二氧化鈦和有機組分-聚乳酸的混合而制備成復(fù)合材料，該方法突出的優(yōu)點是生產(chǎn)工藝簡便，但也存在不足：在所制得的復(fù)合材料中，有機-無機相間不存在化學(xué)鍵連作用，因此難以深刻影響或提升有機聚合物材料的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種工藝簡單、成本低、性能良好的二氧化鈦/聚乳酸納米復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明制備二氧化鈦/聚乳酸納米復(fù)合材料的方法，是以乳酸、鈦酸四丁酯為原料，以辛酸亞錫作為催化劑，在氮氣環(huán)境下一步復(fù)合而得。

其具體制備工藝為：在脫除水分的乳酸中加入鈦酸四丁酯、辛酸亞錫，抽真空后通氮氣，于80~140℃下恒溫反應(yīng)20~30小時，得到固態(tài)樣品；然后將固態(tài)樣品采用二氯甲烷或無水甲醇洗滌，烘干，既得二氧化鈦/聚乳酸納米復(fù)合材料。

所述乳酸可采用為DL-型乳酸。

所述乳酸、鈦酸四丁酯以1:3~1:12的質(zhì)量比進行配比。

所述催化劑辛酸亞錫作的用量為乳酸質(zhì)量的0.1~2?%。

所述固態(tài)樣品的洗滌是采用二氯甲烷或無水甲醇進行洗滌。

所述固態(tài)樣品的干燥溫度為50~100℃，干燥時間為10~20小時。

下面通過FT-IR、XRD、DSC、TEM等一系列表征手段對上述制備的二氧化鈦/聚乳酸（TiO₂/PLA）納米復(fù)合材料進行表征。

圖1?為本發(fā)明制備的二氧化鈦/聚乳酸（TiO₂/PLA）納米復(fù)合材料的XRD圖。由圖1的結(jié)果可知，在復(fù)合材料中，TiO₂為金紅石結(jié)構(gòu)，聚乳酸旋光性不同結(jié)晶性不同，右旋聚乳酸為結(jié)晶性聚合物，左旋聚乳酸為半結(jié)晶性聚合物，而內(nèi)消旋聚乳酸為非結(jié)晶性聚合物。由圖所以推測本實驗合成的為左旋性聚乳酸，它屬于強度高、可塑性加工成型的高分子材料。

圖2?為TiO₂/PLA納米復(fù)合材料的TEM圖。由圖2可知，在復(fù)合材料中，有機相-聚乳酸和無機相-TiO₂均為納米尺寸（平均尺寸為20?nm），由于無機分散均勻，其兩相界面不是普通的宏觀界面，而是一種納米級微觀相界面，因而，存在于微觀相界面上的氫鍵作用比宏觀界面吸附類氫鍵強，復(fù)合材料的具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。

圖3?為TiO₂/PLA納米復(fù)合材料的IR圖。圖3的結(jié)果表明，復(fù)合材料的TiO₂和聚乳酸間存在Ti-O-C鍵鏈作用。TiO₂表面的羥基與聚乳酸以共價鍵的形式存在。從而使復(fù)合材料具備良好的力學(xué)性能。

圖4?為TiO₂/PLA納米復(fù)合材料的熱重圖（TG圖）。由樣品TG曲線的特征可知，復(fù)合材料中有機組分-聚乳酸分子量分布較窄。使其聚合物具有良好的穩(wěn)定性。

圖5?為本發(fā)明制備樣品不同催化劑含量FT-IR圖。圖中a、b、c分別催化劑辛酸亞錫作的用量為乳酸質(zhì)量的0.1%、1%、2%。說明不同催化劑的用量對聚合物的聚合程度有一定的影響。