[发明专利]基于纳米晶纤维素(NCC)的热塑性纳米复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及纳米晶纤维素(NCC)和疏水乙烯基单体的热塑性疏水纳米复合物，和制备这类纳米复合物的方法；所述方法可以被认为是绿色方法。所述纳米复合物是耐久的、热稳定的生物材料，其是疏水的并且与广泛范围的合成聚合物兼容。所述纳米复合材料可以悬浮在适当的溶剂中，也可干燥和使用常规聚合物加工技术与其它材料成型以形成更多的具有新特性的材料。这些纳米复合物从工业到医疗用途具有广泛的应用。

背景技术

已经公认纳米晶纤维素(NCC)可以用作纳米复合物中的增强材料。NCC，一种高强度和高弹性模量的手性向列结构，是可再生的，具有相对大的反应性表面并且是可生物降解的。复合物制造中NCC应用的主要障碍是(1)亲水NCC在大部分疏水聚合物基体中的分散和(2)NCC和聚合物之间差的界面粘合。不同的方法随之而来以增加NCC的分散性和与聚合物基体的相互作用。NCC被表面活性剂涂覆或化学表面改性^1，2。使用表面活性剂是足够简单的方法，但通常需要大量的表面活性剂，这将对得到的复合物的强度产生负面影响。另一方面，表面改性通常涉及与NCC表面上的羟基基团反应。已经采用硅烷在NCC表面上接枝疏水基团。此外，还使用了一些具有对羟基反应性的基团的聚合物，例如PEG³、PCL⁴和PP⁵。

这些改性可以使NCC更疏水并且给予NCC在有机溶剂中合理的稳定性。然而，这些反应通常在有机溶剂中进行并且涉及多个步骤。

将乙烯基单体表面接枝共聚到多糖表面，例如纤维素、淀粉和壳聚糖，已经被广泛的研究^6-8。甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酸或醋酸乙烯酯可以作为选择的单体使用。已经报道了使用不同的引发体系的接枝聚合，包括光引发剂、紫外光、γ射线辐射、自由基引发剂等。在这些技术中，自由基引发剂，例如AIBN、Fe(II)-氢过氧化物、过硫酸钾和过渡金属离子已经被广泛使用。在所述自由基引发剂中，铈(IV)离子在将乙烯基单体接枝到许多多糖上中已经显示出很好的效率。提出的引发反应机理已归结于在聚合物骨架上带有羟基基团的复合物的形成，所述复合物可以通过一个电子转移解离而释放出自由基。

发明内容

本发明寻求提供一种纳米晶纤维素(NCC)和聚合的疏水乙烯基单体的疏水纳米复合物。

本发明还寻求提供制备纳米晶纤维素(NCC)和聚合的疏水乙烯基单体的疏水纳米复合物的方法。

本发明进一步提供包含本发明的疏水纳米复合物的组合物，其与高分子量聚合物配混或共混。

在本发明的一个方面，提供了一种纳米晶纤维素(NCC)和聚合的疏水乙烯基单体的疏水纳米复合物，其中所述聚合的乙烯基单体接枝到所述NCC上。

在本发明的一个方面，提供了制备纳米晶纤维素(NCC)和疏水的聚合的乙烯基单体的疏水纳米复合物的方法，其包含在NCC颗粒存在下至少一种疏水乙烯基单体的聚合。

在本发明的另一方面，提供了包含本发明的纳米复合物的组合物，其与高分子量聚合物配混或共混。

附图说明

参考附图阐明和进一步解释本发明，其中：

图1是NCC、PVAc-g-NCC和PMMA-g-NCC的FT-IR图，表明乙烯基单体成功的表面接枝到NCC上。

图2A、2B和2C包含PVAc-g-NCC和PMMA-g-NCC的¹H NMR，表明乙烯基单体成功的表面接枝到NCC上。

图3A和3B包含PMMA-g-NCC的¹³C NMR，表明乙烯基单体成功的表面接枝到NCC上。

图4是NCC、PVAc-g-NCC和PMMA-g-NCC的热重分析。

图5是NCC、PVAc-g-NCC和PMMA-g-NCC的差示扫描量热谱图。

图6显示了NCC和PMMA-g-NCC的水接触角，表明在所述纳米复合物情形中改善的疏水性。

图7显示了在聚合混合物中以不同MMA∶NCC比率制备的纳米复合物％。

图8显示了在聚合混合物中以不同VAc∶NCC比率制备的纳米复合物％。

表的简要说明

表1：醋酸乙烯酯(VAc)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)与纳米晶纤维素(NCC)的最佳聚合条件。

表2：在不同溶剂体系中NCC和PMMA-g-NCC颗粒的尺寸。记录了具有2％CAN的聚合接枝产率。

具体实施方式