[發明專利]一種基于蒙脫土和殼聚糖的三維納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010965527.3
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112225224B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 曾敏峰;鄭秀;左樹鋒;楊震;孫旭東
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: C01B33/44
• 分類號: C01B33/44;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 紹興普華聯合專利代理事務所(普通合伙) 33274
• 代理人: 丁建清

本發明公開了一種基于蒙脫土和殼聚糖的三維納米復合材料的制備方法：包括以下步驟：(1)制備蒙脫土懸浮液；(2)制備殼聚糖溶液；(3)將殼聚糖溶液滴加至蒙脫土懸浮液中，加熱攪拌，得到蒙脫土/殼聚糖懸浮液；(4)向蒙脫土/殼聚糖懸浮液中滴加0～1mL戊二醛溶液和0～5mL的PdCl₂?NaCl溶液，加熱攪拌，得到混合懸浮液；(5)將混合懸浮液進行真空抽濾誘導自組裝成型處理，再經烘干處理后得到蒙脫土/殼聚糖三維仿生納米復合材料。本發明三維納米復合材料的沖擊韌性高于天然淡水珍珠蚌殼和海水青蟹蟹殼，制備過程中以插層復合體為組裝基元，減少未剝離蒙脫土的棄用浪費，工藝簡單，易于宏量生產。

技術領域

本發明涉及納米復合材料技術領域，特別是涉及一種基于蒙脫土和殼聚糖的三維納米復合材料的制備方法。

背景技術

天然生物材料，例如貝殼珍珠層，以其高強度、韌性和硬度的出色組合特性而聞名(Mayer,G.Science,310(2005):1144-I147；Mayer,G.,Sarikaya,M.ExperimentalMechanics,42(2002):395-403)，主要歸因于無機文石型CaCO₃納米片與有機相層的高度有序的“磚-泥式”排列結構。無機CaCO₃納米片(約占95vol％)起“磚”的作用，其大小取決于軟體動物的種類，有機相(約占5vol％)，包含蛋白質、肽和多糖等生物聚合物，起“泥”的作用。貝殼珍珠層雖然主要由脆性CaCO₃礦物組成，但其韌性是單片文石型CaCO₃納米片的3000倍以上(Wegst,U.G.K.,Ashby,M.F.Philosophical Magazine,84(2004)：2167-2181；Wegst,U.G.K.,Bai,H.,Saiz,E.,Tomsia,A.P.,Ritchie,R.O..Nature Materials；14(2014)：23-36.)。因此，獨特而完美的珍珠層結構為仿生設計許多高性能有機-無機雜化材料和納米復合材料開辟了一條啟發性的途徑。

在用于仿生構筑類珍珠層結構高強復合材料中，適宜的硬性無機納米片和軟性聚合物是基礎，天然蘊藏豐富的無機蒙脫土和殼聚糖被認為是用于構筑仿生納米復合材料最有希望的成分之一(Shchipunov,Y.Pure and Applied Chemistry,84(2012):2579-2607)。蒙脫土硅酸鹽晶片層存在電荷缺陷，通常可以通過堿金屬或堿土金屬離子(例如Na⁺，Ca²⁺，Mg²⁺等)來補償。同時，蒙脫土晶片層的厚度為納米級，其橫向尺寸可能在30nm到幾微米之間變化或更大，則顯示出高的寬高比。殼聚糖是甲殼類，如昆蟲，軟體動物等中幾丁質的脫乙酰化產物，它是僅次于纖維素的第二種可再生天然聚合物，易于加工成不同的形式，例如薄膜，微粒，支架，纖維等。在酸性溶液中溶解后，通過氨基質子化可以很容易帶正電。在靜電和氫鍵相互作用的驅動下，殼聚糖分子可以有效地吸收到蒙脫土納米片層的表面并插入到蒙脫土納米片層的層間空間。