一种聚己内酯高分子降解材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚己内酯高分子降解材料及其制备方法，属于新材料技术领域。本发明专利技术采用溶液热共混方法制备石墨烯改性氧化镁/聚己内酯高分子降解材料。首先，通过原位嫁接聚合法在纳米氧化镁粒子表面接枝氧化石墨烯；其次，在机械搅拌过程中引入超声处理，增加了增强相在PCL基体中的分散特性，从而延缓了其沉降速度，实现增强相纳米粒子在PCL基体中分散均匀的目的。因此，本发明专利技术将氧化石墨烯、氧化镁有机地结合起来制备的PCL复合材料，优化了PCL降解复合材料的内部界面、提高了材料的降解性能，增强了材料的力学性能，降低了材料的制备成本，最终扩宽了PCL复合材料在地膜材料领域的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新材料
，具体涉及的是针对增强聚己内酯(PCL)材料降解功能进行改进的制备工艺。
技术介绍
近年来，由于环境污染严重，人们的环保意识逐渐加强，使得生物可降解塑料受到广泛关注。聚己内酯(PCL)就是可降解塑料的典型代表。PCL是在钛催化剂、二羟基或三羟基引发剂作用下由ε-己内酯开环聚合制得的可降解高分子材料。PCL不仅具有良生物降解性、化学惰性和易加工性，还具有良好的生物相容性和生物可吸收性。因此，PCL已被广泛的用于环保材料领域。虽然PCL有着诸多优点，但是PCL在实际应用中也会暴露出本身存在的一些缺陷。如机械性能及结晶性能等缺陷，在很大程度上限制了它的应用。因此单独使用PCL尚且存在一些不足。针对这些问题，国内外科研人员开展了针对PCL的相关改性研究，通过改性来提高PCL材料的降解性能和力学性能等应用性能。目前，由于PCL材料具有生物降解及无毒等特性，使PCL在生物医学领域具有广阔的应用前景，同时它已经被广泛用于开发药物缓释剂、组织工程及可降解的地膜材料等领域。PCL的降解速率受很多因素的影响，其中最关键的就是酯键的水解，酯键的水解取决于其被水分子的浸润程度。水对酯键的浸润程度由单体的疏水性、样品的结晶度、分子量、玻璃化转变温度及样品的尺寸决定。在所有这些影响因素中，最重要的就是样品的结晶度。有研究表明PCL的降解首先从无定形区开始，在这种机理下，水和酶优先进入非晶区，使非晶区的聚合物优先水解。 因此，结晶度较高的PCL的降解速率比不结晶或者半结晶型PCL的降解速率要低很多。很显然，PCL在用于地膜材料领域时，它的降解速率受到结晶度和分子量的影响，所以结晶性对PCL非常重要。目前对PCL的改性方法有很多。Maio等人通过熔融复合的方法制备了PCL/粘土复合材料，对这种复合材料的结晶动力学进行了研究，结果表明，随着粘土浓度的增加结晶速率呈现一个先增加后减小的趋势，在粘土含量为0.4％时结晶速率达到最大值，但是复合材料的结晶速率比纯PCL快。(Maio E D，et al.Polymer，2004，45(26)：8893-8900.)王淑云等人研究了不同尺寸范围PCL/苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)共混体系中PCL的结晶行为。由于苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的玻璃化温度高于PCL的熔点，从而使PCL的结晶行为是一种受限结晶，同时研究还发现PCL的结晶行为无论从宏观还是微观都受到高玻璃化温度的苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)的限制。(王淑云，等.高分子学报，2005，5(2)：203-206.)Inoue等采用氧化石墨烯(GO)做引发剂，通过开环聚合的方法合成了PCL/GO复合材料，并对这种复合材料的结晶动力学进行了研究。结果表明：氧化石墨烯作为一种成核剂，有助于提高PCL的结晶速率。(Inoue Y.J，et al.Appl Polym Sci，2007，106(6)：4225-4232)综上所述，对PCL结晶性的改善，主要从两方面入手，一方面是：通过共聚、嵌段、接枝及共混的方法引入大分子，例如将PCL与聚乳酸、聚醚类高分子、聚氨酯、聚酰胺等共混或共聚，可以改变PCL的结晶度、熔点及机械强度。另一方面是：将PCL与无机粒子共混，无机纳米粒子主要为无机填料，如二氧化硅、碳酸钙等；层状无机物，如蒙脱土、云母、石墨烯及氧化石墨烯等。其中由于氧化石墨稀是一种新型的无机添加剂，价格低廉，原料易得，并且其上含有大量的含氧活性基团，具有良好的生物相容性，水溶液稳定性，因此，用 它改善PCL的结晶性能前景广阔。而纳米氧化镁一方面由于其来源广泛，价格低廉，并且有很好的耐高温稳定性，添加到聚合物中可以起到既增强增韧又提高材料耐高温稳定性的作用；另一方面，将纳米氧化镁粒子引入到聚合物共混体系中不但可以改善分散相的分散程度，而且对PCL的结晶度有一定的影响。通过相关性能测试进一步分析表明：由于PCL材料具有黏度高及熔体强度大等特点，纳米氧化镁粒子在其中分散困难，而提高纳米氧化镁粒子在基体中分散性的有效途径是在复合体系中引入与基体、纳米氧化镁粒子相容性较好的氧化石墨烯，从而提高高分子材料的分散性。
技术实现思路
本专利技术公开了一种石墨烯改性氧化镁/聚己内酯高分子降解材料及其制备方法，是针对增强聚己内酯(PCL)材料降解功能进行改进的制备工艺，本专利技术有效地改善了增强相纳米粒子在PCL材料中的分散性。本专利技术针对可降解地膜材料的应用，主要设计了以具有生物降解功能的PCL为基体、石墨烯修饰金属氧化物(MgO)为增强相，制备了具有良好的生物可降解并且力学性能较好的高分子降解复合材料，以扩宽PCL复合材料在地膜材料领域的应用。本专利技术的制备工艺是：纳米增强体的制备；溶液热共混法制备混杂型PCL降解复合材料。本专利技术采用溶液热共混方法制备石墨烯改性氧化镁/聚己内酯高分子降解材料。首先，通过原位嫁接聚合法在纳米氧化镁粒子表面接枝氧化石墨烯；其次，在机械搅拌过程中引入超声处理，增加了增强相在PCL基体中的分散特性，从而延缓了其沉降速度，实现增强相纳米粒子在PCL基体中分散均匀的目的。因 此，本专利技术将氧化石墨烯、氧化镁有机地结合起来制备的PCL复合材料，优化了PCL降解复合材料的内部界面、提高了材料的降解性能，增强了材料的力学性能，降低了材料的制备成本，最终扩宽了PCL复合材料在地膜材料领域的应用。一种聚己内酯高分子降解材料，所述的聚己内酯高分子降解材料是石墨烯与氧化镁的结合修饰聚己内酯高分子降解材料。一种聚己内酯高分子降解材料的制备方法，其步骤如下：(1)制备氧化石墨烯；(2)纳米增强体的制备：第一，采用原位聚合的方法使石墨烯与氧化镁纳米颗粒复合；第二，调节外部环境，在水浴温度为50℃～80℃和pH为3.5～6.5之间将石墨烯与纳米氧化镁颗粒复合；(3)与聚己内酯复合制备出高分子降解材料。所述的步骤(1)中制备氧化石墨烯的方法采用化学剥离法。所述的步骤(2)纳米增强体的制备步骤如下：(1)称量：氧化石墨烯0.1％～0.4％：纳米氧化镁的质量分数为1.2％～1.8％；(2)改性纳米粒子：在搅拌的条件下，纳米氧化镁颗粒与氧化石墨烯混合到一起，放置到80％～90％的乙醇水溶液，使得纳米氧化镁与氧化石墨烯初步混合，调节溶液PH＝3.5～6.5；(3)超声分散：将步骤(2)得到的纳米材料乙醇水溶液，在高剪切乳化机下充分混合，调节溶液PH为3.5～6.5；最终将得到的反应液在水浴温度为50℃～80℃；(4)烘干：将步骤(3)得到的溶液进行离心分离、清洗烘干。所述的步骤(3)的制备步骤如下：(1)混杂型聚己内酯复合材料的制备：用N，N-二甲基乙酰胺溶剂分别在搅拌下分散增强相纳米颗粒和聚己内酯，再将增强相纳米氧化镁颗粒和聚己内酯分散溶液混合，继续搅拌20h～30h，在70℃～90℃的搅拌条件下挥发掉N，N-二甲基乙酰胺溶剂，获得混杂型聚己内酯功能复合材料，(2)混杂型聚己内酯复合材料的成型：制备出的复合材料用乙醇、蒸馏水反复冲洗制备出，恒温40℃～60℃干燥，接着转矩流变仪中110℃～130℃共混，取出造粒，乙醇、蒸馏水反复冲洗，恒温干燥；最终将制备出的混杂型聚己内酯复合材料颗粒成型。有益效果：由于纳米氧化镁属于无机化合物，与高分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚己内酯高分子降解材料，其特征在于：所述的聚己内酯高分子降解材料是石墨烯与氧化镁的结合修饰聚己内酯高分子降解材料。

【技术特征摘要】
1.一种聚己内酯高分子降解材料，其特征在于：所述的聚己内酯高分子降解材料是石墨烯与氧化镁的结合修饰聚己内酯高分子降解材料。2.一种根据权利要求1所述的聚己内酯高分子降解材料的制备方法，其特征在于：(1)制备氧化石墨烯；(2)纳米增强体的制备：第一，采用原位聚合的方法使石墨烯与氧化镁纳米颗粒复合；第二，调节外部环境，在水浴温度为50℃～80℃和pH为3.5～6.5之间将石墨烯与纳米氧化镁颗粒复合；(3)与聚己内酯复合制备出聚己内酯高分子降解材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中制备氧化石墨烯的方法采用化学剥离法。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)纳米增强体的制备步骤如下：(1)称量：氧化石墨烯0.1％～0.4％：纳米氧化镁的质量分数为1.2％～1.8％；(2)改性纳米粒子：在搅拌的条件下，纳米氧化镁颗粒与氧化石墨烯混合到一起，放置到80％～90％的乙醇水溶液，使得纳米氧化镁与...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭畅，陶峻，唐定良，谢珊，陈永福，张开炳，诸江徽，
申请(专利权)人：安徽红太阳新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34