[发明专利]一种改性BCW/PHBV复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种改性BCW/PHBV复合材料的制备方法。这种改性BCW/PHBV复合材料是由以下的制备方法制得：1)将细菌纤维素通过酸解法制备细菌纤维素晶须；2)将细菌纤维素晶须与乙酰化试剂进行乙酰化反应，得到改性细菌纤维素晶须；3)将改性细菌纤维素晶须分散液和聚(3‑羟基丁酸酯‑co‑3‑羟基戊酸酯)溶液混合，沉淀所得产物，得到改性BCW/PHBV复合材料。本发明所得的BCW/PHBV复合材料生物相容性好，可完全降解，BCW强度高且可提高PHBV力学性能，改善脆性大等问题，有望应用于人体植入材料。

技术领域

本发明属于生物材料技术领域，具体涉及一种改性BCW/PHBV复合材料的制备方法。

背景技术

聚(3-羟基丁酸-co-3-羟戊酸酯)(PHBV)是一种具有生物降解性、非抗原性和生物相容性的微生物聚酯，在生物体内降解过程主要为水解，最终产物均为水和二氧化碳，并且在生物体内降解时不会引起组织局部过酸而产生不良反应。因其这一特性，使其在生物工程中越来越受到重视，并且其压电系数(1.3pC/N)与人骨相似，这对帮助骨折的治疗是个非常有用的性质。PHBV虽然具有电刺激能促进骨愈合特性，并可作为石化基塑料的潜在替代产品，但其本身也存在一些缺点，如PHBV的分子立体构型规整性高，一旦有晶核产生，晶体生长较快，易形成较大尺寸的晶球；同时PHBV的玻璃化转变温度较低，在0℃左右，因此在室温容易发生二次结晶，从而抑制无定形链的运动，使结晶速度减慢并促进大球晶的形成，导致PHBV结晶度大，脆性较高，限制了其进一步的广泛应用。

目前PHBV改性方法主要有化学改性与物理改性，PHBV化学改性常用的方法有接枝、扩链、交联。但化学方法比较复杂、效率低不适应与工业化。物理改性主要通过共混、复合等方式将PHBV与其他物质进行物理混合来改善其性能或被赋予新的功能以满足不同场合的需求。物理改性方法高效易行、成本低，可通过改变不同的组分及配比有效改善原有聚合物性能。相对而言，物理共混制备的复合材料操作简单，容易实现工业化。化学改性方法步骤繁琐，不利于产业化。

为了改善PHBV作为植入材料，研究者将一些无机矿化物离子(如可溶性磷酸盐玻璃、羟基磷灰石、磷酸三钙)、有机化合物(如胶原)与PHBV复合改性。无机矿化物离子虽然能提高PHBV的力学性能，但是其在体内不能降解以及容易引起较强的组织反应，而胶原虽然能促进细胞黏附但是不能改善PHBV力学性能。所以说，将PHBV植入体内时，应保证复合材料改性的添加剂本身应有良好的降解性以及生物相容性外，还要能改善PHBV力学性能。

细菌纤维素(BC)是由细菌合成，不含任何杂质的天然纤维素，具有较高纯度和结晶度，由其制备的细菌纤维素晶须(BCW)与植物纤维素晶须相比有着更大的长径比(1-100)和比表面积(170m²/g)，高强度(杨氏模量高达150GPa、强度为10GPa)等优异特性，因此用作增强材料可赋予复合材料更好的强度。与传统填料相比，细菌纤维素晶须完全由细菌合成，是丰富的可再生资源，有良好的生物相容性、生物降解性、密度低、强度高等优异性能，是潜在的人体植入材料的补强填料。

但由于BCW分子中的每个葡萄糖基环上均有三个羟基，因此BCW粒子间容易形成氢键，极容易发生团聚，团聚后的BCW通过物理方法很难得到再分散，限制了它的应用前景。表面活性剂法是改善BCW的再分散性一种最简单的方法，它是指在纳米纤维素再分散过程中，向溶剂中加入适量表面活性剂进行活化，使纳米纤维素更好地分散在溶剂中。表面活性剂法的缺点是大量的表面活性剂包在纳米纤维素的表面，会影响它与聚合物的进一步复合。

发明内容

为了克服现有技术PHBV材料存在的脆性大，加工难的问题，本发明的目的在于提供一种改性BCW/PHBV复合材料的制备方法。

本发明将BC硫酸酸解制备BCW后，再将BCW乙酰化后，得到易于分布在高分子基体中的改性BCW，通过物理共混使其增强PHBV。

为了实现上述的目的，本发明所采取的技术方案是：