POSS-天然高分子有機無機雜化材料的制備與性能研究.pdf

1、多面體籠形聚倍半硅氧烷(POSS)是一種分子水平的有機/無機納米雜化材料，自身獨特的籠形結(jié)構(gòu)和表面有機取代基賦予了其強大的可設(shè)計性，再加上其優(yōu)良的生物相容性，成為近年來材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。本文設(shè)計利用八聚(羰乙基羧氨基丙基)倍半硅氧烷(OCPS)和籠形氯化銨丙基倍半硅氧烷(OCAPS)，將其通過氫鍵作用和靜電作用引入天然高分子如殼聚糖（CS）、羥丙基纖維素（HPC）和海藻酸鈉（SA），制備了OCPS/CS、OCAPS/HPC和OCA

2、PS/SA三種POSS/天然高分子有機無機雜化材料，并對其結(jié)構(gòu)與性能進行了系統(tǒng)的研究，內(nèi)容主要包括：
　　論文的主要內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　1.以三乙胺作為縛酸劑，以實驗室較易制備的籠形氯化銨丙基倍半硅氧烷(OCAPS)為原料，利用其末端的氯化銨丙基為反應(yīng)官能團，通過與丁二酸酐的酰胺化反應(yīng)，制得末端帶有八個羧基的倍半硅氧烷(OCPS)，并通過FT-IR、XRD、NMR、SEM、EDS和TG證明產(chǎn)物為單分散規(guī)整的籠形結(jié)構(gòu)，具有良

3、好的熱穩(wěn)定性。
　　2.通過溶液共混的方法制備了OCPS含量為1％~5%的POSS增強的殼聚糖雜化材料。研究表明，雜化膜具有良好的透光性能，透光率在85%~87%。紅外光譜和XRD結(jié)果證明OCPS與CS產(chǎn)生了氫鍵作用，并抑制了CS結(jié)晶；掃描電鏡和光電子能譜分析表明OCPS在CS基體中具有良好的分散性；熱重實驗結(jié)果表明OCPS/CS雜化膜的熱穩(wěn)定性優(yōu)于純CS。DMA和拉伸試驗結(jié)果表明OCPS的引入增強了膜材料的力學(xué)性能，其拉伸強度和

4、斷裂伸長率增強了兩倍。雜化膜的降解實驗研究表明，雜化膜的降解速率和降解率隨OCPS含量的增加而增加，這是由于OCPS的引入削弱了CS分子之間的相互作用，抑制CS結(jié)晶，從而加速了CS中糖苷鍵的斷裂。
　　3.利用HPC與OCAPS分子之間的氫鍵作用，采用溶液共混的方法制備了OCAPS含量為20%~80%的水溶性 POSS/羥丙基纖維素醚有機無機雜化材料。研究表明，雜化膜具有良好的透光性，其透光率達到88%；紅外光譜和XRD結(jié)果證明O

5、CAPS與HPC產(chǎn)生了氫鍵作用，并抑制了HPC的結(jié)晶；掃描電鏡和光電子能譜分析表明 OCAPS在CS基體中具有良好的分散性；隨著OCAPS含量的增加，OCAPS/HPC雜化膜的力學(xué)性能與純的HPC相比，拉伸強度與斷裂伸長率均有所增加，其中60%OCAPS/HPC、80%OCAPS/HPC的拉伸強度、斷裂伸長率比純HPC增加了近1.5倍；流變學(xué)研究表明，OCAPS的引入，使HPC分子鏈發(fā)生了物理交聯(lián)，表現(xiàn)為溶液粘度的上升和儲能模量、損耗模

6、量的增加。此外，OCAPS的引入使HPC分子鏈的親水性減弱，導(dǎo)致HPC凝膠的相轉(zhuǎn)變溫度60℃降低至55℃。
　　4.采用靜電滴制法制備 OCAPS/SA二元及OCAPS/SA/CS三元復(fù)合微囊。通過研究發(fā)現(xiàn)，OCAPS可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的CaCl2溶液作為凝固浴，與SA溶液形成POSS/SA二元復(fù)合微囊；當(dāng)OCAPS與SA的質(zhì)量比為1:10時，成型效果較好，粒徑在1.0mm左右，其外表面有波浪形褶皺，且較為致密，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)則為疏松的中空

7、狀。分別采用一步法和兩步法制備了OCAPS/SA/CS三元復(fù)合微囊，一步法中，當(dāng)OCAPS:SA:CS三者的質(zhì)量比為10:1:3時，具有最佳的成型效果，微囊的粒徑為0.6mm左右，其內(nèi)部為空心狀，外壁褶皺厚實；在成型效果較好的OCAPS/SA二元復(fù)合微囊的基礎(chǔ)上，加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的CS溶液中，通過兩步法制備了OCAPS/SA/CS三元復(fù)合微囊，粒徑為0.8mm，其外表面疏松帶有些許空洞，內(nèi)表面呈孔洞結(jié)構(gòu)，且由外而內(nèi)結(jié)構(gòu)孔徑逐漸變