[发明专利]一种碳纳米管/聚乳酸导电复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，进一步地说，是涉及一种碳纳米管/聚乳酸导电复合材料及制备方法。

背景技术

随着高分子材料应用领域的日益扩大以及人们对环境问题的日益关注，由日常高分子材料的难降解性所导致的环境污染问题已成为人类必须解决的问题。开发利用可生物降解的高分子材料是这一问题的有效解决途径之一。聚乳酸(PLA)是一种性能优良及具有生物相容性和生物可降解性的聚合物，无毒、无刺激性、强度高、易加工成型，易被自然界中的多种微生物或动植物体内的酶分解代替，最终分解产物是二氧化碳和水，不会对环境造成污染，因此，不仅能在薄膜、容器、纺织、包装材料等通用材料领域，而且在生物医学工程方面如药物缓释材料、骨手术材料等也具有良好的应用前景。聚乳酸存在多种光学特性，存在左旋(L)和右旋(D)两种对映异构体，左旋聚乳酸(PLLA)和右旋聚乳酸(PDLA)具有良好的结晶特性，两种均聚物的熔点都在180℃左右。而PLLA和PDLA形成的立体复合物则具有230℃的熔点，这种结构有效提高了PLA的耐热性，对生产加工有直接影响。由于PLA也存在价格高、脆性大、耐冲击强度差、耐热变形温度低和高气体渗透性等缺点，使其应用受到一定的限制，因此对PLA改性的研究也是目前国内外研究的热点。PLA的改性方法主要包括：(1)化学改性，即通过共聚、交联等方法改变PLA的分子结构；(2)物理改性，即通过共混，引入某些官能团、助剂、其他高性能材料以及制备成复合材料，以提高PLA的使用性能。

碳纳米管(CNTs)是一种新型的碳结构，可看作是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的无缝中空管结构，两端由富勒烯半球形端帽封口。CNTs具有优异的机械力学性能、导电性、导热性和化学稳定性，同时CNTs具有非常大的长径比，是聚合物基复合材料的理想的填料，它不仅能够赋予复合材料优异的力学性能，还可使其具有较好的导电性、导热性等特殊功能。因此CNTs复合材料在信息材料、生物医用材料、纳米催化剂、高性能结构材料等领域有广阔的应用前景。

CNTs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、生物传感器以及生物医学微电子器件等领域将发挥重要作用。因此CNTs/PLA复合材料在生物医药领域的研究正日益受到人们的重视。目前，国内外对CNTs/PLA的研究有很多。Chiu等[Chiu WM，Chang YA，Kuo HY，Lin MH，Wen HC.A study of carbon nanotubes/biodegradableplastic polylactic acid composites.Journal of applied polymer science.2008，108：3024-3030]采用溶液法制备了CNTs/PLA纳米复合材料，当CNTs添加量从1wt％增加到7wt％时，复合材料的表面电阻率从10¹⁰Ω·cm降至10⁷Ω·cm，而PLA的电阻率为10¹⁸Ω·cm。Wang等[Song WH，Zheng Z，Tang WL，Wang XL.A facileapproach to covalently functionalized carbon nanotubes with biocompatible polymer.Polymer.2007，48：3658-3663]通过原位缩聚成功制备了PLA接枝碳纳米管。Rizvi等[Rizvi R，Khan O，Naguib H.Development and characterization of solid andporous polylactide-multiwall carbon nanotube composites.Polymer engineering andscience.2011，43-53]采用熔融共混的方法制备了CNTs/PLA实体和多孔两种复合材料，研究了材料的形态、流变性能和电性能，结果显示材料的逾渗值在0.5wt％～1.0wt％之间。专利CN101413154A提供了一种CNTs/PP/PLA复合纤维的制备方法，专利CN1706887A公开了一种可用于血液环境中的CNTs-高分子复合材料，PLA作为该高分子聚合物中的一种，制得的复合材料可作为涂层材料应用于医疗器械或植入性假体表面，或作为原材料用于制造人工组织等。专利CN101805938A公开了一种生物相容的CNTs/PLA纳米导电纤维的制备方法，通过静电纺丝制得。由于碳纳米管易发生团聚，很多时候需要对碳纳米管进行表面处理，其加工工艺条件相对传统工艺较复杂，所得材料的导电性也不够理想，需加入较多的碳纳米管才能明显改善材料的导电性能，提高了成本。