[发明专利]聚羟基丁酸酯基杂化材料的制备方法

说明书

技术领域

    本发明属于复合材料领域，涉及一种用于组织工程的杂化材料，尤其涉及一种聚羟基丁酸酯膨润土杂化材料及其制备方法。

技术背景

    聚（3-羟基丁酸酯）（PHB）是一种由细菌发酵合成的热塑性聚酯塑料，同目前的通用塑料相比，PHB具有良好的生物相容性和生物降解性，其力学性能与聚丙烯相似，此外还具有光学活性、压电性、气密性等特殊性质。PHB作为医用材料、包装材料、光学材料等能部分替代通用塑料在许多方面得到广泛的应用，以缓解环境危机。PHB由于具有优良的生物相容性和生物降解性，使其在医学领域的应用越来越多受到重视。目前对的研究主要集中在药物缓释和组织工程个方面。

    但是由于PHB的价格高、韧性差、在加工过程中易发生分解等缺陷，严重限制了PHB的开发应用。目前，对PHB的改性研究目前主要集中在两个方面：生物改性和物理共混。生物改性是通过细菌发酵在PHB的链段上引入其他的羟基脂肪酸的链节单元，如聚（3-羟基丁酸酯与3-羟基戊酸酯），聚（3-羟基丁酸酯与3-羟基己酸酯）等。这些共聚物比PHB更加稳定，加工性能和冲击性能均得到一定改善。同生物改性相比，物理共混是简单易行而又成本低的改性方式，这方面的报道很多，如PHB/聚氧化乙烯（PEO）、PHB/聚（ε-己内酯，PCL）、PHB/丙酸纤维素（CP）、PHB/醋丁纤维素（CAB）共混体系等。

    专利CN1380114A公开了一种聚羟基丁酸酯/聚乙二醇多孔支架材料的制备方法，用模版法和冷冻干燥法制备了适用于软骨组织和细胞附着生长的共混材料；专利CN1312305A公开了一种聚羟基丁酸酯的增韧方法，采用γ射线辐照异戊二烯接枝聚羟基丁酸酯，得到高接枝率的改性聚羟基丁酸酯材料；专利CN1923890A公开了用于发泡的聚羟基丁酸酯共聚物、聚乳酸和发泡剂的共混材料，具有一定的发泡倍率和完全可生物降解性。

膨润土是以蒙脱土为主的片状粘土矿物，具有特殊的吸水性、水塑性、粘结性以及较强的离子交换性等，是当今应用范围较广，经济价值较高的粘度矿物之一，被广泛的应用于冶金、机械、石油、化工及环保等领域。膨润土具有较大的表面积，表面的净负电荷使他们能够吸引Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺或Zn²⁺等阳离子，易被其他无机或有机阳离子交换，因此经常用来对高聚物进行改性，导致膨润土层间距增大或剥离而均匀分散于聚合物基体中，形成插层型或剥离型复合材料。因此在聚羟基丁酸酯基体中掺杂膨润土，有望改善聚羟基丁酸酯的性能。

发明内容

    本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足之处，提供一种聚羟基丁酸酯基杂化材料的制备方法，以改善聚羟基丁酸酯的力学加工性能。

本发明聚羟基丁酸酯基杂化材料的制备方法，包括以下工艺步骤：

（1）除砂膨润土的制备：将膨润土加入去离子水中，在70~80℃下搅拌1~2小时制浆；然后于1500~2500转/分钟的转速下离心5~10分钟分离，收集上层浆液，在0.06~0.08MPa下抽滤，滤饼在90~110℃下干燥4~6小时，研磨，过100~200目筛，得除砂膨润土；所述膨润土与去离子水的质量比为1:50~1:200。

   （2）将聚羟基丁酸酯均匀分散氯仿中，于50℃~60℃下搅拌60~120分钟，得到均一聚羟基丁酸酯的氯仿溶液；所述聚羟基丁酸酯与氯仿的质量体积比为1: 5~1:10g/mL。

   （3）将除砂膨润土加入到聚羟基丁酸酯的氯仿溶液中，在超声波功率为100~180W、温度为50℃~60℃下搅拌60~120分钟，然后在60~80℃、0.06~0.08MPa下减压干燥6~8小时，得聚羟基丁酸酯/膨润土杂化材料。所述除砂膨润土与羟基丁酸酯的氯仿溶液的比例为0.05:100~1:100。

图1为聚羟基丁酸酯在5%浓度（质量比）时的扫描电镜图。由图1可知，聚羟基丁酸酯表面呈现均匀的微晶聚集区。图2为聚羟基丁酸酯基杂化材料的扫描电镜图。由图2可以看出，聚羟基丁酸酯与膨润土共混后得到的杂化材料中，膨润土以微米级颗粒状分布在聚羟基丁酸酯基质中，而且杂化共混材料的表面粗糙度增加，有利于杂化材料力学性能的增强。