埃洛石纳米管的功能化及壳聚糖复合材料的制备与性能研究

来源 :湖南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunxunjun2008
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壳聚糖作为天然高分子材料是可生物降解的,它以良好的生物相容性和抗菌性等优点,在诸多的领域如医药、食品、化工方面有着广泛的应用前景。但是由于壳聚糖自身的机械强度差、耐水性有限,且在酸性介质中不稳定,容易在水溶液中形成凝絮物等,这些缺点的存在阻碍了壳聚糖的应用发展。所以,为了改善壳聚糖的性能,有必要通过壳聚糖与其它材料相交联或混合的方式来完善。埃洛石纳米管(HNTs)是天然存在的、具有高模量和大的长径比的纳米管颗粒,具有可用性强、功能丰富、生物适应性好及机械强度高等优点。然而HNTs会受到纳米管本身的尺寸效应、表面电子效应和氢键作用的影响,使得HNTs在实际应用时难以在聚合物基体中获得良好的分散性,容易发生团聚现象,这让HNTs的应用效果会进一步受到影响。为了解决HNTs的分散性及其与有机基体的相容性问题,本文采用了两种不同的改性方法制备功能化埃洛石纳米管,并与壳聚糖复合制备功能化埃洛石纳米管/壳聚糖复合材料,对其性能进行了探讨和研究。主要研究内容如下:首先,以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS)为改性剂,制备氨基化的埃洛石纳米管(HNTs-NH2)。在此基础上,通过加入丁二酸酐获得羧基化的埃洛石纳米管(HNTs-COOH)。傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)的结果表明氨基和羧基的功能化修饰成功;热重结果表明原始埃洛石纳米管(RHNTs)本身具有较高的耐热性,功能化改性后失重率增加,且HNTs-COOH比HNTs-NH2显示出更大的质量损失;动态光散射(DLS)结果显示,功能化处理后的埃洛石纳米管的平均粒径有所增大,由RHNTs的343.72nm变为HNT-NH2的452.37 nm和HNTs-COOH的717.33nm;TEM图像表明RHNTs为管状结构,外表光滑均匀且易聚集,功能化改性后的HNTs-NH2与HNTs-COOH外表面都变得粗糙,但分散性得到改善。将HNTs-NH2作为纳米填料增强相,通过溶液插层法与壳聚糖混合制备了纳米复合材料,并在配方中加入乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)作为交联剂。FTIR表明EGDE同HNTs-NH2和壳聚糖都发生了化学反应使得复合膜形成交联网络结构。X射线衍射图谱(XRD)曲线表明HNTs-NH2能与壳聚糖均匀混合,且EGDE加入后使HNTs-NH2与壳聚糖之间产生反应导致复合膜结晶度损失。扫描电子显微镜(SEM)图像显示,纯壳聚糖膜的表面光滑且结构致密,加入HNTs-NH2后复合膜的表面形成较小的微孔结构,而EGDE的加入使材料表面形成大量的孔隙。HNTs-NH2和EGDE的加入能改善复合膜的水蒸气透过率和溶胀性,提高复合材料的物理性能,使复合膜表现出更强的热稳定性和更高的力学性能。选用HNTs-COOH作为纳米填料增强相,在壳聚糖聚合物基体中加入不同比例的HNTs-COOH和缩合剂,对制备的复合材料进行增强增塑。结果表明:HNTs-COOH能够很好地分散在壳聚糖基体中,其复合材料的热稳定性和力学性能都得到了提高,加入HNTs-COOH和缩合剂能够使复合膜的断裂方式和溶胀性发生改变,水蒸气透过率得到改善,且薄膜材料具有较好的吸湿保湿性能。
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