[发明专利]几丁质纳米晶须复合材料和方法

说明书

本发明提供了一种复合材料，其包含用几丁质纳米晶须凝胶包被并经过熔体共混的热塑性聚合物粒子。所述热塑性聚合物可以是聚苯乙烯、聚乙烯、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯、聚碳酸酯或另一种热塑性聚合物。一种加工几丁质的方法，其包括形成基本上为几丁质和盐酸的非胶态的混合物，以对所述几丁质进行水解；在所述混合物变成基本上为胶态后，控制混合物的条件以减慢所述水解；以及通过对所述混合物进行过滤和减少所述混合物中团聚的结晶几丁质的量的过程，产生基本上由非团聚的几丁质纳米晶须和水构成的凝胶。一种形成几丁质纳米晶须分散在热塑性聚合物基质中的复合材料的方法，其包括用几丁质纳米晶须凝胶包被热塑性聚合物粒子；以及对所述包被的粒子进行熔体共混，由此形成所述复合材料。

技术领域

本发明总的来说涉及纳米复合材料，更具体来说涉及几丁质纳米晶须复合材料、制造几丁质纳米晶须复合材料的方法和加工几丁质的方法。

背景技术

纳米粒子是一个或多个维度在1至100纳米(nm)之间的粒子。主要由于它们的原子位于表面处的百分率高，为它们的尺寸提供了非常大的表面积，因此给定材料的纳米粒子与相同材料的较大粒子相比可以表现出明显不同的性质和行为。

纳米复合材料是自然界中存在的或制造的多相材料，其中一种相是纳米粒子。例如，固体纳米复合材料包含分散在主体固体基质中的纳米粒子。由于纳米粒子的独特物理性质，小百分率的纳米粒子可以对主体固体基质具有明显的宏观尺度上的影响。因此，具有用于提供有益的宏观尺度的机械、电学、光学、绝缘、热学、抗微生物或其他效果的纳米粒子的纳米复合材料的制造，吸引了极大的兴趣。

纳米纤丝或纳米晶须是具有结晶杆状结构的纳米粒子。几丁质纳米晶须包括直径为约10nm并且长度为约200nm至约500nm的结晶多糖，其可以在甲壳纲动物例如虾和蟹中存在的被称为几丁质的丰富、可生物降解且无毒的结构多糖中发现。几丁质纳米晶须由于其提供所需机械和抗微生物效果的能力，并且由于它们的可生物降解性、丰富性和它们的无毒性，对于纳米复合材料来说是理想的。

在自然界中，几丁质包含无定形和结晶几丁质两者以及各种不同的其他组分例如蛋白质等。为了形成纳米复合材料，从几丁质主要提取个体几丁质纳米晶须是合乎需要的，以使个体纳米晶须可以分散在整个主体基质中。因此，对几丁质进行加工以通常仅提取个体几丁质纳米晶须，而不用还提取作为具有不合需要的较大尺寸的无定形几丁质的团聚的几丁质纳米晶须、蛋白质或其他材料，将是理想的。

当在工业规模上使用几丁质纳米晶须形成纳米复合材料时，确保纳米粒子总体均匀地分散在主体固体基质中，可能具有挑战性。除非几丁质纳米晶须以这种方式分散，否则纳米复合材料的总体将不会均匀地表现出所需性质。过低的几丁质纳米晶须浓度几乎没有有益效果，而过高的几丁质纳米晶须浓度可能使材料不合需要地局部弱化。此外，如果在供应到下游过程之前纳米复合材料的总体将被细分成球粒或其他较小单元，在各个球粒之间几丁质纳米晶须的量可能存在广泛的变化性。

发明概述

根据一个方面，提供了一种复合材料，其包含用几丁质纳米晶须凝胶包被并经过熔体共混的热塑性聚合物粒子。

在一种实施方式中，所述热塑性聚合物包含聚丙烯。在另一种实施方式中，所述热塑性聚合物包含聚乙烯。在另一种实施方式中，所述热塑性聚合物包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯。在另一种实施方式中，所述热塑性聚合物包含聚碳酸酯。在另一种实施方式中，所述复合材料包含各种不同的热塑性聚合物。

根据另一方面，提供了一种复合材料，其包含分散在聚丙烯中的几丁质纳米晶须。

根据另一方面，提供了一种复合材料，其包含分散在聚乙烯中的几丁质纳米晶须。

根据另一方面，提供了一种复合材料，其包含分散在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的几丁质纳米晶须。

根据另一方面，提供了一种复合材料，其包含分散在聚碳酸酯中的几丁质纳米晶须。