碳纳米管/生物降解高分子纳米复合材料形态结构与性能调控的研究

聚乳酸和聚羟基丁酸酯等生物降解高分子材料在我国均已突破相关技术瓶颈正在进行产业化工作，但是由于自身弱点使其实际应用面临着诸多问题，制备生物降解高分子纳米复合材料是一种有效的解决方法。目前，对于碳纳米管（MWNTs）/生物降解高分子纳米复合材料的制备、形态结构与性能调控研究过程中所出现的诸多基本科学问题仍然未能予以很好的认识、理解和解决，深入研究工作尚未能系统展开。本项目拟在前期研究工作基础上，通过对MWNTs进行化学修饰引入相应功能基团、调节MWNTs含量和制备方法及具体条件的选择，以期实现MWNTs在生物降解高分子基体中的均匀分散；明确MWNTs类型及含量对生物降解高分子结晶形态和结晶行为的影响规律；研究 MWNTs类型及含量对复合材料中生物降解高分子基体的热稳定性、静/动态力学性能和降解行为及降解机理的影响，从而调控生物降解高分子材料的结构与性能，达到改善性能和拓展应用领域的目的。

本项目对于多壁碳纳米管（MWCNTs）/生物降解高分子纳米复合材料的形态结构与性能调控开展了系统研究工作。通过溶液超声或熔融复合制备了一系列具有不同MWCNTs组成的生物降解高分子基纳米复合材料。所研究的高分子基体包括聚羟基丁酸酯(PHB)、聚乳酸(PLLA)、聚己内酯(PCL)、聚丁二酸丁二酯(PBS)、聚丁二酸乙二酯(PES)和聚己二酸丁二酯(PBA)等。所研究的MWCNTs包括未修饰的p-MWCNTs和经化学修饰的含羧基的f-MWCNTs。研究结果表明：对于所有的MWCNTs/生物降解高分子纳米复合材料体系，f-MWCNTs要比p-MWCNTs在高分子基体中的分散效果更好；MWCNTs对高分子的结晶过程起到异相成核剂的作用，提高了球晶密度、非等温熔体结晶温度和等温结晶速率，通常不改变其结晶结构和结晶机理。对于特定体系PBA基纳米复合材料，可通过改变f-MWCNTs含量与结晶条件调控多晶型结构；对于PBS基纳米复合材料，动态力学性能得到明显改善；对于PHB基纳米复合材料，热分解温度和活化能明显提高，表明与f-MWCNTs复合后，提高了基体的热稳定性。对于PCL基纳米复合材料，与f-MWCNTs复合后，静、动态力学性能得到明显改善，但酶降解过程变慢，并且遵循表面降解机理。总之，通过本项目的研究，我们对MWCNTs/生物降解高分子纳米复合材料的形态结构与性能调控有了更加深入的认识和理解，有利于生物降解高分子材料的实际应用。