聚多糖納米晶復(fù)合改性生物質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、納米復(fù)合材料在各種科學(xué)研究和實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域均受到廣泛的關(guān)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(lái)源豐富、高強(qiáng)度和剛性、低密度、可生物降解等眾多優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛用于生物納米復(fù)合材料的制備。已有科學(xué)研究表明，在增強(qiáng)改性復(fù)合材料性能的基礎(chǔ)上，聚多糖納米粒子可以充分發(fā)揮其納米效應(yīng)，達(dá)到提高材料力學(xué)性質(zhì)、改善材料熱學(xué)性能以及優(yōu)化材料阻隔性質(zhì)的目的。圍繞生物質(zhì)資源高值化利用的目標(biāo)，致力于對(duì)天然聚多糖納米晶這一豐富

2、的生物質(zhì)資源進(jìn)行物理和化學(xué)改性的研究，推動(dòng)其在環(huán)境友好材料、高附加值化學(xué)品及生物醫(yī)學(xué)材料等領(lǐng)域的應(yīng)用?；诒砻婊瘜W(xué)修飾的思路在天然聚多糖纖維、納米晶須和片晶表面進(jìn)行化學(xué)修飾，一方面用以增強(qiáng)改性不同非極性聚合物基質(zhì)的復(fù)合材料，達(dá)到利用這類生物質(zhì)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(lǐng)用領(lǐng)域的應(yīng)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(duì)聚丁二酸丁二醇酯聚合物基質(zhì)的改性研究。通過(guò)深入討論和分析影響納米復(fù)合材料結(jié)晶性、熱力學(xué)性能的各種因素，包括納米晶的結(jié)晶成核作用、形成的滲透網(wǎng)絡(luò)和納米粒子與基質(zhì)分子間的界面相互作用，明確聚多糖納米晶增強(qiáng)改性聚酯材料的作用和機(jī)理。(2)首次采用乙酸酐對(duì)纖維素納米晶進(jìn)行表面化學(xué)修飾，在有效改善納米晶的表面親疏水性和在多種有機(jī)溶劑中的分散性的同時(shí)，增強(qiáng)了納米填料與聚酯基質(zhì)材料分子間的相容性和界面黏

4、合，賦予了可降解復(fù)合材料優(yōu)良的力學(xué)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(lǐng)域的應(yīng)用。海藻酸凝膠化形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(yīng)的發(fā)揮，又將顯著增強(qiáng)海藻酸復(fù)合微球的力學(xué)穩(wěn)定性，調(diào)控載藥微球體系的藥物控制釋放性質(zhì)。
　　 低含量纖維素晶須和淀粉納米晶被分別用于復(fù)合改性脂肪族熱塑性聚酯材料，制備聚丁二酸丁二醇酯復(fù)合聚多糖納米晶生物納米復(fù)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(fù)合材料表現(xiàn)出同步增強(qiáng)增韌的特性。這種引入低含量聚多糖納米粒子的所導(dǎo)致的力學(xué)增強(qiáng)效果，主要是由于納米填料的均一分散，以及填料與基質(zhì)分子間產(chǎn)生的強(qiáng)界面黏合引起的。納米晶的結(jié)晶成核作用、復(fù)合體系中滲透網(wǎng)絡(luò)的形成以及填料/基質(zhì)間界面相互作用共同決定了復(fù)合材料結(jié)晶性和熱力學(xué)性質(zhì)的變化。
　　 通過(guò)乙酸酐與表面活性羥基的反應(yīng)，對(duì)纖維素納米晶進(jìn)行新型表面

6、乙?；瘜W(xué)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(shí)納米晶的棒狀形貌和結(jié)晶結(jié)構(gòu)得以保存。經(jīng)乙?；揎椀睦w維素納米晶被應(yīng)用于聚乳酸材料的改性，制備的全生物降解納米復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能和熱學(xué)穩(wěn)定性。當(dāng)在聚乳酸基質(zhì)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(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增加了61.3％，楊氏模量增加了1.5倍。增強(qiáng)改性效果主要是由于乙?；?/p>

7、飾促進(jìn)了纖維素納米晶在極性聚合物基質(zhì)中的分散，以及材料中納米粒子和基質(zhì)分子的界面相互作用的改善。
　　 三種不同結(jié)構(gòu)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(fù)合微球的力學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)調(diào)節(jié)了微球?qū)λ幬锓肿硬鑹A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(jìn)了納米晶和海藻酸分子通過(guò)氫鍵形成的物理交聯(lián)作用，有利于體系中交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)存在的穩(wěn)