[發明專利]一種可生物降解導電復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810677378.3
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108841151B
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發明（設計）人: 羅超云;左建東
• 申請（專利權）人: 深圳職業技術學院
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08L91/00;C08L71/02;C08K13/04;C08K3/04;C08K5/134;C08K5/20;C08K7/06
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 胡玉

本發明提供了一種可生物降解導電復合材料及其制備方法，所述可生物降解導電復合材料的組分及其重量百分比為：碳納米管1~5%，碳纖維1~5%，抗氧劑0.1~0.5%，潤滑劑0.1~0.5%，表面處理劑1~8%，其余為可生物降解高分子材料；所述制備方法為預先對碳納米管進行表面處理，表面處理劑為環氧大豆油、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一種。采用本發明的技術方案可以降低碳納米管的用量，減少導電復合材料的成本，增加導電復合材料的導電、導熱和力學性能。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，尤其涉及一種可生物降解導電復合材料及其制備方法。

背景技術

目前，因為碳納米管具有很好的導電性而得到了廣泛的應用。但是碳納米管的比表面積大，很容易團聚，不容易分散，所以技術人員在采用碳納米管制備復合材料時，一般會利用強酸等強氧化劑可將碳納米管切割成短管，并且得到開口的碳納米管，開口的碳納米管頂端含有一定數量的活性基團,如羥基、羧基等。研究表明，不同氧化劑對碳納米管表面處理的效果：硝酸/硫酸70％硝酸高錳酸鉀20％硝酸＝臭氧＝雙氧水。利用引入的極性基團再進一步進行表面接枝、縮聚和活性聚合等。

但這種表面改性對碳納米管的界面粘結性和分散性改進有限。強酸洗滌可以把團聚體表面的碳納米管絮溶斷分散，但不能進入團聚體本身。更為嚴重的是，酸洗工藝流程長，能耗大；而且，強酸等會帶來大量的酸性廢水，對環境是嚴重的威脅。因此酸洗工藝及在其衍生表面處理方法雖然成熟度較高，但是問題嚴重，并不能作為碳納米管表面改性的首選方法。這些方法使碳納米管帶來有害物質，如果將這些含有有害物質的碳納米管用于醫療領域使用的聚乳酸中，將使聚乳酸在醫用領域有潛在的危害。而且這種方法使碳納米管表面具有不可降解的高分子材料，將這些表面處理的碳納米管用于聚乳酸，將使聚乳酸失去可生物降解特性。

而由于聚乳酸本身具有耐熱性較差、結晶速度慢、結晶度低、脆性大等缺點，有的技術方案采用添加增韌劑或者增塑劑的方法來改善結晶性和韌性。而普通高分子增韌劑不具備生物降解性，而增塑劑則存在表面遷移的特性。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種可生物降解導電復合材料及其制備方法，得到導電復合材料具有可生物降解性，采用聚乳酸作為基材，可以降低碳納米管的用量，減少導電復合材料的成本，增加聚乳酸的導電、導熱和力學性能。

對此，本發明采用的技術方案為：

一種可生物降解導電復合材料，其組分及其重量百分比為：碳納米管1～5％，碳纖維1～5％，抗氧劑0.1～0.5％，潤滑劑0.1～0.5％，表面處理劑1～8％，其余為可生物降解高分子材料；所述表面處理劑為環氧大豆油、聚乙二醇、聚乙烯醇中的至少一種。

聚乳酸(PLA)是一種重要的可生物降解高分子材料。聚乳酸以玉米或薯類淀粉為基本原料、經多步反應而制得，在自然界中可生物降解生成二氧化碳和水，因而是一種來自自然界、使用后又回歸自然界的環境友好材料，也是近年來研究最活躍的可生物降解材料之一。聚乳酸具有與聚烯烴相當的力學強度和加工性能。但是其耐熱性較差、氣體阻隔性差、結晶速度慢、結晶度低、脆性大等缺點限制其進一步應用。因此需要對聚乳酸進行改性研究，如共混、共聚、納米復合等。將聚乳酸與具有優異導電、導熱、力學性能、生物相容性的碳基導電材料復合進行填充改性可獲得很多有益的性能。

本發明的技術方案采用聚乳酸作為基材，采用環氧大豆油、聚乙二醇、聚乙烯醇等表面處理劑對碳納米管進行表面處理，讓碳納米管形成顆粒結構，提高分散性。環氧大豆油由普通大豆油制造，具有良好的生物活性和可生物降解性，整個過程不需要采用強酸對碳納米管進行處理就可以獲得很好的分散性，并用陣列碳納米管作為短程導電添加劑，采用碳纖維作為長程導電添加劑，利用碳纖維能與碳納米管形成協同效應，具有優良的導電性，并具有生物降解性。聚乙二醇、聚乙烯醇也是容易分解的溶劑。與現有技術相比，達到相同的性能可以降低碳納米管的用量，減少導電復合材料的成本，并增加聚乳酸的導電、導熱和力學性能。