可降解碳纳米管/聚乳酸复合材料的制备及性能

作者:田蓉;王贤保;陈蓉;郑晗;胡华亭;刘芳鸣 刊名:复合材料学报 上传者:张前西

【摘要】利用丙交酯的开环聚合反应成功地制备了单壁碳纳米管/聚乳酸复合材料,研究了其降解性和热稳定性。通过红外光谱(FTIR)、Raman光谱、热失重分析(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)研究,证明乙二醇功能化的单壁碳纳米管能够参与丙交酯的开环聚合反应,并在碳纳米管侧壁成功接枝聚乳酸链,得到的复合材料在碱性溶液中容易降解。差示热分析(DSC)表明,功能化单壁碳纳米管/聚乳酸复合材料的玻璃化转变温度与纯聚乳酸相比有所提高。

全文阅读

碳纳米管(CNTs)具有独特的内在结构和诸多优异性能,如良好的力学性能、导电性、化学稳定性和热稳定性,因而成为聚合物基复合材料的理想填料[1-2]。碳纳米管复合材料在信息材料、生物医用材料、纳米催化剂、高性能结构材料等方面有着广阔的应用前景[3-4]。许多聚合物被用作碳纳米管/聚合物基复合材料的基体[5-8]。聚乳酸和聚己酸己酯等生物兼容的聚合物,因在生物医学方面的用途近年来引起人们的关注。在结构上,聚乳酸是由乳酸或丙交酯发生聚合形成的聚酯[9],酯基在人体内易受酶的作用发生水解形成乳酸代谢物,在生物医学中被广泛应用,而且聚乳酸是一种热塑性塑料[10],具有优良的力学性能,在土壤环境中也能够发生降解,不会造成环境污染[11],可用作可降解包装材料。碳纳米管作为一种新型的纳米材料,其优异的电学力学性能和生物相容性,在细胞体外生长支架、植入性生物医学材料、生物医学传感器以及生物医学微电子器件等领域将发挥重要的作用。因此,碳纳米管/聚乳酸复合材料在生物医药领域的研究正日益受到人们的重视[12-15]。然而,由于碳纳米管表面的惰性,未经任何处理或修饰的碳纳米管与极性的聚乳酸的分子主链之间不可能产生有机的复合[16-17],目前报道的经物理混合得到的聚乳酸复合材料的性能并不理想[18-19]。本文中首先用乙二醇通过亲电加成反应在单壁碳纳米管(SWCNTs)表面引入羟基,羟基与丙交酯通过开环聚合反应,得到聚乳酸链修饰的单壁碳纳米管复合材料,通过共价键链的方式促进碳纳米管与聚乳酸之间的有机复合,为碳纳米管/聚乳酸复合材料的研制开辟了一条新思路。1实验1.1材料和测试单壁碳纳米管(SWCNTs),由中国科学院成都有机化学研究所提供,直径为1~2nm,纯度大于95%;丙交酯(纯度99.5%);聚乳酸(PLA),相对分子质量5万;三氯化铝、乙醇、辛酸亚锡(Sn(Oct)2)、氢氧化钠、N,N-二甲基甲酰胺、氯仿均为分析纯;实验所用水均为去离子水。FTIR红外光谱仪(PE-Spectrumone),采用KBr粉末压片法进行测试;热重分析仪(PerkinElmer,DiamondTG/DTA),升温速度为10/min,N2气氛保护;差示热扫描仪(PhilTechnai),从室温升至200,升温速度为10/min;激光共聚焦显微拉曼光谱仪,LabRAMHR800UV,激发波长632.8nm,到达样品上的功率2.8mW。1.2开环聚合反应在微波加热的条件下,AlCl3作为催化剂,乙二醇作为亲电试剂,通过亲电加成反应成功地制备了羟基修饰的SWCNTs(SWCNTsOH)[20]。用所得到的羟基功能化的碳纳米管SWCNTsOH进行开环聚和反应,其方法如下:先称取5mgSWCNTsOH,加入到50mL的DMF中,超声分散10min,然后再加入2.8826g(20mmol)丙交酯,超声10min。加入一定量辛酸亚锡,将装置搭好后通氩气排除反应体系中的空气,然后在一定温度反应一段时间。反应完毕后将反应物用滤膜过滤,用DMF清洗数次,除去过量的反应物,再用氯仿清洗数次,除去未接枝到SWCNTs上的聚酯,滤液用乙醇检验,如果没有沉淀产生,则证明已经洗净。所得滤渣在60下真空干燥即得碳纳米管/聚乳酸(SWCNTs/PLA)复合材料。其反应式见图1。1.3水解实验将复合材料加入1mol/L的氢氧化钠溶液中,在一定温度下加热搅拌,反应后的产物用滤膜过滤,去离子水洗涤,在80下真空干燥,2结果与讨论图2为催化剂辛酸亚锡用量为0.0122g,温度为140,在油浴中发生开环聚合反应12h后的SWCN

参考文献

引证文献

问答

我要提问