聚多糖納米晶復合改性生物質材料的結構和性能研究.pdf

1、納米復合材料在各種科學研究和實際應用領域均受到廣泛的關注。由于納米尺度的聚多糖粒子(纖維素納米晶、甲殼素晶須和淀粉納米晶)具備諸如來源豐富、高強度和剛性、低密度、可生物降解等眾多優(yōu)點，因此被廣泛用于生物納米復合材料的制備。已有科學研究表明，在增強改性復合材料性能的基礎上，聚多糖納米粒子可以充分發(fā)揮其納米效應，達到提高材料力學性質、改善材料熱學性能以及優(yōu)化材料阻隔性質的目的。圍繞生物質資源高值化利用的目標，致力于對天然聚多糖納米晶這一豐富

2、的生物質資源進行物理和化學改性的研究，推動其在環(huán)境友好材料、高附加值化學品及生物醫(yī)學材料等領域的應用?；诒砻婊瘜W修飾的思路在天然聚多糖纖維、納米晶須和片晶表面進行化學修飾，一方面用以增強改性不同非極性聚合物基質的復合材料，達到利用這類生物質納米填料提高材料性能的目的；另一方面可用于生物醫(yī)用材料等功能材料領用領域的應用，如用作新型生物載藥體系和基因傳遞體系的研究。
　　 本論文的創(chuàng)新之處在于：(1)兩種不同形貌和尺寸的聚多糖納米

3、晶(棒狀纖維素晶須和片層淀粉納米晶)被分別引入對聚丁二酸丁二醇酯聚合物基質的改性研究。通過深入討論和分析影響納米復合材料結晶性、熱力學性能的各種因素，包括納米晶的結晶成核作用、形成的滲透網(wǎng)絡和納米粒子與基質分子間的界面相互作用，明確聚多糖納米晶增強改性聚酯材料的作用和機理。(2)首次采用乙酸酐對纖維素納米晶進行表面化學修飾，在有效改善納米晶的表面親疏水性和在多種有機溶劑中的分散性的同時，增強了納米填料與聚酯基質材料分子間的相容性和界面黏

4、合，賦予了可降解復合材料優(yōu)良的力學性能。(3)首次將聚多糖納米晶引入海藻酸體系，拓展了聚多糖納米晶在生物材料領域的應用。海藻酸凝膠化形成的三維網(wǎng)絡結構抑制了納米晶的自聚集，改善其分散性；剛性聚多糖納米晶的引入和納米效應的發(fā)揮，又將顯著增強海藻酸復合微球的力學穩(wěn)定性，調控載藥微球體系的藥物控制釋放性質。
　　 低含量纖維素晶須和淀粉納米晶被分別用于復合改性脂肪族熱塑性聚酯材料，制備聚丁二酸丁二醇酯復合聚多糖納米晶生物納米復合材料。

5、與純聚丁二酸丁二醇酯材料性能相比，含量分別為2wt％的纖維素晶須和5wt％的淀粉納米晶的復合材料表現(xiàn)出同步增強增韌的特性。這種引入低含量聚多糖納米粒子的所導致的力學增強效果，主要是由于納米填料的均一分散，以及填料與基質分子間產生的強界面黏合引起的。納米晶的結晶成核作用、復合體系中滲透網(wǎng)絡的形成以及填料/基質間界面相互作用共同決定了復合材料結晶性和熱力學性質的變化。
　　 通過乙酸酐與表面活性羥基的反應，對纖維素納米晶進行新型表面

6、乙酰化化學修飾。與原始納米晶相比，乙?；揎椀睦w維素納米晶表面極性降低，且在各種不同的普通溶劑中表現(xiàn)出良好的分散性；同時納米晶的棒狀形貌和結晶結構得以保存。經乙酰化修飾的纖維素納米晶被應用于聚乳酸材料的改性，制備的全生物降解納米復合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的力學性能和熱學穩(wěn)定性。當在聚乳酸基質中引入含量為6wt％的乙酰化纖維素納米晶，與純聚乳酸材料相比，納米復合材料的拉伸強度增加了61.3％，楊氏模量增加了1.5倍。增強改性效果主要是由于乙?；?/p>

7、飾促進了纖維素納米晶在極性聚合物基質中的分散，以及材料中納米粒子和基質分子的界面相互作用的改善。
　　 三種不同結構與形貌的聚多糖納米晶，棒狀纖維素納米晶和甲殼素晶須，片層淀粉納米晶，被分別引入海藻酸微球體系。聚多糖納米晶的引入，不僅改善了海藻酸納米復合微球的力學穩(wěn)定性，同時調節(jié)了微球對藥物分子茶堿的控制釋放行為。剛性聚多糖納米晶在微球中良好的分散性促進了納米晶和海藻酸分子通過氫鍵形成的物理交聯(lián)作用，有利于體系中交聯(lián)網(wǎng)絡存在的穩(wěn)