[發明專利]一種生物可降解的導電高分子復合材料的制備方法及用途

有效

• 申請號: 202010127584.4
• 申請日: 2020-02-28
• 公開（公告）號: CN111117179B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 吳德峰;完顏倩茹;仇亞昕;張雯婷
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08K3/04;C08K5/053;C08G63/08;C08J3/24
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 董旭東

本發明涉及高分子復合材料技術領域內的一種生物可降解的導電高分子復合材料的制備方法，其在聚蘋果酸和己二醇的交聯體系中，將碳納米管均勻分散于所述交聯體系中獲得。該發明得到的復合材料，碳納米管的分散性好，由于聚蘋果酸的存在，使其可以降解，由于碳納米管的存在，使其具有良好的導電性，其強度優于物理混合和接枝反應所得到的復合材料強度，并在擁有形狀記憶性能的同時賦予其光熱、導電性能，該復合材料用于智能電子材料領域。

技術領域

本發明涉及高分子復合材料制備技術領域，具體涉及一種生物可降解的導電高分子復合材料的制備方法及其用途。

背景技術

聚蘋果酸（PMA）是生物質衍生的和可生物降解的。它是通過開環聚合或直接縮聚合成的，其單體L-蘋果酸易于從新鮮水果（蘋果，葡萄和山楂等）中分離出來。然而，通過這兩種方法合成聚蘋果酸不是很方便。在開環聚合期間，許多步驟，包括中間產物的重復純化步驟，都參與反應循環。至于直接縮聚，盡管它是一步反應，但其產率不足，所得聚蘋果酸的數均分子量太低（1500-2500）。因此，到目前為止，聚蘋果酸尚未實現工業化。目前關于聚蘋果酸的研究主要集中在通過接枝反應或共聚合或其化學交聯等方式賦予其可接受的材料強度和剛性。

碳納米管因其優異的力學和導熱導電性能，被認為是高分子復合材料的理想納米填料。如何將碳納米管這些優越的性能應用到具體的工程中去，以滿足各種不同的工程需求，是近年來的一個研究熱點。但碳納米管易團聚使得其在聚合物基體中極難分散，為了克服這一問題，人們研究了各種各樣的方法，如機械共混、碳納米管的表面改性等。碳納米管通常會聚集形成束，其分散結構在很大程度上取決于碳納米管與周圍溶劑或聚合物之間的物理和化學相互作用。

因此，將碳納米管均勻分散于聚合物基體中是首先要克服的困難，其次碳納米管的加入將賦予復合材料電學性能。

發明內容

本發明的目的是提出一種生物可降解的導電高分子復合材料的制備方法，使得獲得的復合材料中的碳納米管的分散性好，復合材料具有良好的導電性、優異力學性能、生物可降解性能以及形狀記憶性能。

為此，本發明技術方案是：一種生物可降解的導電高分子復合材料的制備方法，其在聚蘋果酸和己二醇的交聯體系中，將碳納米管均勻分散于所述交聯體系中獲得。

具體而言，該生物可降解的導電高分子復合材料的制備方法，依次包括以下步驟：

1）將碳納米管分散于乙醇溶液中，加入蘋果酸單體，超聲30±5min后旋蒸除去乙醇；所述碳納米管為表面羥基化的多壁碳納米管，直徑為10-20nm，長度為0.5-2μm；

2）經步驟1）處理后的碳納米管與蘋果酸單體的共混物在130±5℃油浴下熔融，然后在110±2℃、抽真空狀態下原位聚合，攪拌轉速200±20r/min，反應45±5h；

3）將上述原位聚合得到的反應物溶解于150±5ml四氫呋喃中，再倒入反向沉淀劑中沉淀12±2h；將得到的沉淀物在40±5℃真空干燥箱內烘干；

4）將上述原位聚合得到的聚蘋果酸-碳納米管復合材料加入反應釜中，按比例加入己二醇，130±2℃下抽真空反應15±2min，130±2℃氮氣氛圍下固化24±1h，得到所述的一種生物可降解的導電高分子復合材料。

本發明步驟1）中先將碳納米管在乙醇中超聲分散，再加入蘋果酸單體二次超聲，是為了使碳納米管更好的分散于蘋果酸中；選用表面羥基化的碳納米管是由于蘋果酸單體表面有兩個羧基，為原位聚合提供更多的反應位點；選用直徑為10-20nm，長度為0.5-2μm的短多壁碳納米管，是因為短碳納米管更容易在體系內分散。所述步驟2）中在130±5℃油浴下熔融，在110±2℃下抽真空反應，溫度過低反應進行緩慢，得不到想要的產物；溫度過高容易產生副產物，使產物純度降低。

進一步地，所述碳納米管與蘋果酸單體的投料質量比為0.001~0.01：1。優選所述碳納米管與蘋果酸單體的投料質量比為0.003：1。