pH誘導(dǎo)的改性納米纖維素-聚氨酯共聚物形狀記憶復(fù)合材料的研究.pdf

1、本論文制備出一種具有pH誘導(dǎo)形狀記憶性能的納米復(fù)合材料，它是由聚乙二醇-聚己內(nèi)酯為軟段的聚氨酯材料與pH敏感改性納米纖維素復(fù)合得到。其中pH敏感的改性納米纖維素逾滲網(wǎng)絡(luò)作為形狀記憶聚合物的可逆開關(guān)，其與聚合物基底材料有很強(qiáng)的氫鍵相互作用，這種氫鍵相互作用會(huì)隨著外界pH值改變而發(fā)生變化。復(fù)合材料的形狀記憶性能僅僅受環(huán)境pH誘導(dǎo)，這種新穎的pH誘導(dǎo)形狀記憶納米復(fù)合材料在未來智能材料領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用研究價(jià)值。
　　首先，我們通過硫酸催

2、化水解微晶纖維素的方法制備纖維素納米晶體(CNCs)，同時(shí)對(duì)CNCs進(jìn)行了尺寸、結(jié)構(gòu)、形貌等分析，結(jié)果表明成功制備出直徑為5-20nm，長度在200-300nm具有較大長徑比的CNCs。然后通過異煙酰氯取代納米纖維素表面的羥基得到表面帶有吡啶基團(tuán)的改性纖維素納米晶體(CNCs-C6H4NO2)，同時(shí)對(duì)CNCs-C6H4NO2進(jìn)行了尺寸、結(jié)構(gòu)、形貌、pH敏感性等分析，結(jié)果表明成功通過表面化學(xué)改性的方法，使CNCs表面帶有吡啶基團(tuán)。在pH值

3、較大時(shí)，CNCs-C6H4NO2由于表面帶有吡啶基團(tuán)和羥基基團(tuán)，產(chǎn)生氫鍵相互作用;在pH值較小時(shí)，由于吡啶屬于路易斯堿，發(fā)生質(zhì)子化后會(huì)破壞CNCs-C6H4NO2之間氫鍵相互作用。改性納米纖維素之間的氫鍵相互作用可以隨著pH值的改變而改變，賦予改性納米纖維素pH敏感性。
　　然后，我們采用TEMPO、溴化鈉(NaBr)、次氯酸鈉(NaOCl)氧化體系氧化纖維素納米晶體(CNCs)表面的羥基，制備出表面為羧基的纖維素納米晶體(CNC

4、s-CO2H)。同時(shí)對(duì)CNCs-CO2H進(jìn)行了尺寸、結(jié)構(gòu)、形貌、pH敏感性等分析，結(jié)果表明這種納米晶體由于表面的羧基在堿中發(fā)生電離，靜電排斥破壞原本納米晶體表面羧基與羥基的氫鍵作用;而在酸中才會(huì)重新形成氫鍵相互作用力，所以得到pH敏感效果與CNCs-C6H4NO2相反的另外一種pH敏感的纖維素納米晶體。
　　最后，我們采用聚乙二醇(PEG)開環(huán)己內(nèi)酯(ε-CL)的方法得到聚己內(nèi)酯(PCL-PEG-PCL)，然后與4，4-二苯基甲烷

5、二異氰酸酯(4，4-Diphenylmethanediisocyanate，MDI)和擴(kuò)鏈劑2，2-二羥甲基丙酸(2，2-Bis(hydroxymethyl) propionic acid，DMPA)近一步反應(yīng)制備出有良好生物相容性、生物可降解性和一定親水性的聚氨酯((PCL-PEG-PCL)70％-MDI-DMPA)材料。然后與已制備的兩種pH敏感的纖維素納米晶體復(fù)合。同時(shí)對(duì)這種納米復(fù)合材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析、水接觸角檢測、溶脹性能檢測、

6、熱性能分析、靜態(tài)力學(xué)性能分析、流變分析等，并考察了這種納米復(fù)合材料的pH誘導(dǎo)形狀記憶性能。結(jié)果表明當(dāng)把這種改性納米纖維素與聚氨酯材料復(fù)合時(shí)，通過流變學(xué)測試證明其在基底材料中是以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在。不僅復(fù)合材料的力學(xué)性能有很大的提高，而且pH敏感改性納米纖維素把這種pH敏感性轉(zhuǎn)到復(fù)合材料中。改性納米纖維素晶體組成的逾滲網(wǎng)絡(luò)成功作為形狀記憶聚合物材料的轉(zhuǎn)換開關(guān)，通過改性纖維素納米晶體與基底材料間氫鍵相互作用隨著pH值改變而發(fā)生形成與解離，成功制備