[發明專利]一種陶瓷/殼聚糖納米高強度復合薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202210829506.8
• 申請日: 2022-07-15
• 公開（公告）號: CN115010972A
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 趙躍;尹冬梅;張鍇;孟繁榮;孟皓;易磊
• 申請（專利權）人: 南京先進生物材料與過程裝備研究院有限公司
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L5/08;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/22
• 代理公司: 南京中律知識產權代理事務所(普通合伙) 32341
• 代理人: 沈振濤

本發明公開了一種陶瓷/殼聚糖納米高強度復合薄膜及其制備方法，包括以二氧化鈦納米顆粒作為原料，依次進行表面羥基化、表面硅烷化修飾和接枝ATRP引發劑，然后通過表面引發原子轉移自由基聚合(SI?ATRP)的方法將甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)接枝到納米二氧化鈦粒子表面，并使改性后的納米粒子TiO₂?g?GMA均勻分散在殼聚糖溶液中，使納米粒子表面的環氧基團與殼聚糖基體中的氨基發生開環反應，最后脫除氣泡，制膜，即得所述陶瓷/殼聚糖納米高強度復合薄膜。本發明制備的復合薄膜具綠色可持續、力學性能好等優勢，且制備工藝簡單，在光催化、電學材料領域具有潛在應用。

技術領域

本發明屬于復合薄膜技術領域，具體涉及一種陶瓷/殼聚糖納米高強度復合薄膜及其制備方法。

背景技術

殼聚糖(Chitosan),由β-(1-4)-2-氨基-2-脫氧-D-吡喃葡萄糖組成，是甲殼素N-脫乙酰基得到的產物。殼聚糖具有優異的成膜性、生物相容性和生物降解性，其復合材料可廣泛應用到生物醫藥和化工等領域。

二氧化鈦是一種高效、廉價的綠色環保材料，具有良好熱穩定性、紫外光屏蔽性能以及介電性能。TiO₂是一種n型半導體材料，但天氣收到博城大于387nm的光照射時，電子從價帶躍遷到導帶，表面上產生光生電子-空穴對，這些電子、空穴具有強氧化還原性，可以通過一系列的氧化還原反應將二氧化鈦表面吸附的水、有機污染物等，降解成小分子的水和二氧化碳。然而，直接將無機TiO₂顆粒填料分散在(生物基)高分子基體中會導致團聚等現象，無機填料與基體之間的界面也較弱，會導致材料力學、光催化性能、電學性能下降。

發明內容

發明目的：針對現有技術的不足，本發明提供了一種陶瓷/殼聚糖納米高強度復合薄膜及其制備方法。

技術方案：為了解決上述技術問題，本發明公開了一種陶瓷/殼聚糖納米高強度復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

以二氧化鈦納米顆粒作為原料，依次進行表面羥基化、表面硅烷化修飾和接枝ATRP引發劑，然后通過表面引發原子轉移自由基聚合(SI-ATRP)的方法將甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)接枝到納米二氧化鈦粒子表面，并使改性后的納米粒子TiO₂-g-GMA均勻分散在殼聚糖溶液中，使納米粒子表面的環氧基團與殼聚糖基體中的氨基發生開環反應，最后脫除氣泡，制膜，即得所述陶瓷/殼聚糖納米高強度復合薄膜。

優選的，采用雙氧水進行所述表面羥基化，反應條件為：100-110℃，3-4h。

優選的，采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APS)進行所述表面硅烷化修飾，反應條件為：70-90℃，20-28h。

優選的，所述ATRP引發劑選自2-溴異丁酰溴；接枝ATRP引發劑的反應條件為：在穩定劑存在下，在冰浴中反應3-5h，然后在室溫下反應20-28h；進一步優選的，所述穩定劑選自三乙胺。

優選的，所述表面引發原子轉移自由基聚合(SI-ATRP)的方法，包括如下步驟：

將接枝ATRP引發劑的二氧化鈦納米顆粒與甲基丙烯酸縮水甘油酯單體混合，在催化劑存在下，在50-70℃的條件下反應20-28h；更優選的，所述催化劑選自溴化亞銅和N,N,N’,N”,N”-五甲基二乙烯三胺。

優選的，所述殼聚糖溶液的濃度為0.5-0.7wt.％。

優選的，所述使改性后的納米粒子TiO₂-g-GMA均勻分散在殼聚糖溶液中后，先進行超聲破碎，然后室溫攪拌反應68-76h，進行所述開環反應。

優選的，采用離心法脫除氣泡；在40～55℃加熱條件下制膜。

優選的，所述陶瓷/殼聚糖納米高強度復合薄膜中，改性后的二氧化鈦納米粒子TiO₂-g-GMA的質量分數為10％～30％。