[发明专利]一种纤维素-接枝-聚异戊二烯共聚物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及仿生材料技术领域，具体涉及一种仿生材料共聚物及其制备方法。

背景技术

自然界拥有神奇的创造力，它将简单的原料（纤维素、木质素、蛋白等）整合成完美的微观结构从而创造了形形色色的具有独特性能的天然生物材料，如贝壳、竹、骨、皮肤、肌肉等。仿生材料的精髓就是向自然学习，通过模仿生物体材料的微观结构来制备具备与生物体材料拥有相近或相同性能的新型仿生材料，其重要性不言而喻。当今，仿生材料已经成为最重要和最热门的研究领域之一。科学家们已经成功的开放了各种仿生材料，如海参皮肤(Capadona,J.R.,Shanmuganathan,K.,Tyler,D.J.,Rowan,S.J.&Weder,C.Science319,1370-1374,(2008))、人造蜘蛛丝(Cranford,S.W.,Tarakanova,A.,Pugno,N.M.&Buehler,M.J.Nature482,72-U91,(2012))、人工肌肉(Lv,S.et al.Designed biomaterials to mimic the mechanical properties of muscles.Nature465,69-73,(2010))、人工皮肤(Takei,K.et al.Nature Mater.9,821-826,(2010))等。

现有已经公开的用于人工皮肤的生物材料中包括：甲壳质、透明质酸钠、纳米壳聚糖等，使用该材料制备的皮肤仿生材料具备与皮肤接近的性能，如保持机体的水分含量，保护机体免遭细菌入侵，并具有一定的温度敏感性，然而这些材料在微观结构和力学性能上与皮肤有很大的差距。

体现皮肤机械性能的主要组织是真皮层。而真皮层是由刚性的胶原蛋白纤维和柔软的弹性蛋白有机结合形成的三维网络结构。为了制备具备皮肤力学性能的仿生材料，首先应该选择合适的材料分别模仿胶原蛋白和弹性蛋白。纤维素是一种独特的天然高分子，具有良好的生物相容性、可降解性、热稳定性及可再生性。研究人员发现，纤维素同胶原蛋白一起成为自然界中两种最常见的承力的结构组分，它们有相近的力学性能(Fratzl,P.Cellulose and collagen:From fibres to tissues.Curr.Opin.Colloid Interface Sci.8,32-39,(2003))。天然橡胶（一种天然高分子）具有与弹性蛋白类似的高弹性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种纤维素-接枝-聚异戊二烯共聚物。

本发明的另一目的是提供一种制备纤维素-接枝-聚异戊二烯共聚物的方法。

为了实现本发明的目的，本发明的具体方案如下：

首先，本发明提供了一种纤维素-接枝-聚异戊二烯共聚物，其结构式如下：

其中，R为Br或纤维素链（cellulose）；n的取值为300≤n≤800的整数；m为大于等于1的整数，x为0.90，y为0.04，z为0.06。

进一步地，本发明提供了一种制备所述纤维素-接枝-聚异戊二烯共聚物的方法，其是将单体异戊二烯通过电荷转移-原子转移自由基聚合反应接枝到纤维素主链得到的共聚物，该共聚物R为Br。

优选的，所述共聚物的起始原料包括如下组分，按重量份计为：

纤维素     0.1～1.0份；

异戊二烯   15～30份；

溶剂       69～84份；

催化剂     5*10^-4份

还原剂     1份；

配体       0.5份。

优选的，所述催化剂为溴化铜；所述还原剂为铜丝；所述配体是2,2'-二联吡啶或4,4′-二壬基-2,2'-二联吡啶；所述溶剂为体积比为1:2的N,N-二甲基甲酰胺和1,4-二氧六环的混合溶剂。

优选的，所述纤维素为木浆粕、米浆粕、棉浆粕、桑皮浆粕、稻草浆粕、苇浆粕、蔗渣浆粕或麻浆粕中的任意一种或两种以上的混合物，所述木浆粕、米浆粕、棉浆粕、桑皮浆粕、稻草浆粕、苇浆粕、蔗渣浆粕或麻浆粕中的纤维素含量为90-100％；所述纤维素的聚合度为300-800。更优选的，所述纤维素为木浆粕纤维素，其粘均聚合度为650，通过将纤维素溶解在铜乙二胺溶液中用乌氏粘度计测得。

优选的，所述的纤维素为经过原子转移自由基聚合引发剂改性过的纤维素大分子引发剂，其制备方法包括如下具体制备步骤：