[發明專利]一種水響應性彈性體功能復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710074355.9
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106947133B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 寧南英;李相妍;田明;甄秀春;張立群
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L15/00
• 分類號: C08L15/00;C08L1/04;C08K7/10;C08J5/18
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司 11108
• 代理人: 張洪年

本發明涉及一種水響應性彈性體功能復合材料及其制備方法，屬于功能材料技術領域。本發明將0.7～3.0質量份的針狀硅酸鹽、1.0～4.3質量份的納米微晶纖維素填料加入到100質量份的環氧天然膠乳中，通過原位復合成膜法制備出一種快速水響應彈性體功能復合材料，該復合材料具有成本低廉，制備工藝簡單的特點，具有多重氫鍵網絡結構，具有高的水響應敏感性、可逆性。可以作為形狀記憶彈性體、生物傳感器和在醫學等領域使用(如自緊式縫合線)。

技術領域

本發明涉及一種水響應性彈性體復合材料及其制備方法。屬于功能材料技術領域。

背景技術

水響應性功能復合材料是一種在水的刺激下能夠通過改變自身內部的結構而改變材料的形狀及性能的復合材料。水對于生物體來說，是一種最普遍的刺激源，也是最安全和直接的刺激源，所以與其它刺激響應功能復合材料相比，水響應性功能復合材料，在生物醫用以及生物傳感器方面有著非常廣泛的應用。

傳統的水響應性功能復合材料的制備方法主要是將納米纖維晶須加入彈性體中制備復合材料。納米纖維晶須表面含有大量羥基，將納米纖維晶須加入彈性體中，可通過氫鍵作用在彈性體基體中形成氫鍵網絡，大大提升橡膠基體的力學性能。遇水后氫鍵網絡被破壞，對橡膠基體的增強效果大大減弱。香港理工大學首次利用納米微晶纖維素的干/濕態下可逆的逾滲網絡，結合高分子彈性體的熵彈性，使用納米微晶纖維素作為填料，熱塑性聚氨酯作為基體，構筑出具有水響應性特點的形狀記憶復合材料體系(參見ZhuY,HuJL,LuoHS,YoungRJ,DengLB,ZhangS,etal.Rapidly switchable water-sensitive shape-memory cellulose/elastomer nano-composites.SoftMatter2012,8:2509-2517)。但是這種復合材料，納米微晶纖維素的分散效果隨其用量的增加而大大降低，對彈性體基體的增強效果也大大減弱，且這種復合材料中形成的氫鍵網絡結構單一，導致水響應性不夠優異。

為解決納米微晶纖維素的分散型問題，北京化工大學使用硫酸水解濾紙制備分散性良好的納米微晶纖維素，將其加入環氧化天然橡膠中，制備了納米微晶纖維素/環氧化天然橡膠功能彈性體(參見[D]王志飛.納米纖維素基功能彈性體的制備及性能研究.北京化工大學,2015.)，提高了納米微晶纖維素在彈性體中的增強效果，水響應性能良好。但是使用單一填料形成的氫鍵網絡結構還是比較單一，還未能使材料的水響應性達到最優，且制備過程更加復雜，成本更高。專利CN 104693545 A公開了一種含細菌纖維素晶須的水響應傳感橡膠薄膜及其制備方法。用自制的細菌纖維素作為填料加入橡膠膠乳中制成混合液，使用絮凝劑將混合液絮凝，從而制備成復合材料薄膜，具有一定的水響應性。但是膠乳絮凝后，橡膠分子鏈被釋放出來，將填料包埋，使得橡膠粒子之間間隙很小，填料與水的接觸更加困難，降低了水響應敏感性。且細菌纖維素是通過細菌合成制的，制備方法更加復雜，成本更高。

因此，對于水響應性功能復合材料，提高納米微晶纖維素的分散性以及水響應敏感性和可逆性一直是重點研究的問題。針狀硅酸鹽作為一種常見的橡膠填料，表面含有羥基較少，一般僅用于補強橡膠，尚未有將其應用于制備水響應性復合材料的研究報道。本發明并用納米微晶纖維素、針狀硅酸鹽兩種填料和環氧天然膠乳制得一種高敏感性、高可逆性的快速水響應性彈性體功能復合材料。

發明內容

本發明的目的是提供一種快速水響應彈性體功能復合材料及其制備方法。本發明將針狀硅酸鹽、納米微晶纖維素兩種填料加入到環氧天然膠乳中，采用原位復合成膜法制得一種填料間有較好的協同作用，兩種填料表面羥基與環氧化天然膠乳基體環氧化基團三者之間形成多重氫鍵網絡結構的，高敏感性、高可逆性的快速水響應彈性體功能復合材料。

本發明所述的水響應性彈性體功能復合材料，其組成包括：100質量份的環氧天然膠乳基體，0.7～3.0質量份的針狀硅酸鹽和1.0～4.3質量份的納米微晶纖維素填料。

上述的環氧天然膠乳固含量為40％～60％，環氧度為25％～50％