Janus粒子在PPDO/PLA复合材料中的界面行为研究

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聚对二氧环己酮(PPDO)具有良好的生物相容性与可降解性,在生物医用材料方面应用广泛。为了改善其疏水性与结晶性能,常与聚乳酸(PLA)共混。本论文采用相分离法制备了SiO2@PS基Janus粒子(JPs)和二氧化硅基Janus纳米片(JNSs)。比较了三种具有不同亲水亲油平衡值(HLB)的JPs粒子及具有更高比表面积的JNSs对PPDO/PLA复合材料的增容作用。1.通过调节聚苯乙烯(PS)端的表面功能性基团,采用一锅法制备了三种具有不同HLB值的雪人状的JPs,并将其作为PPDO/PLA复合材料的增容剂。JPs在胞状结构的PPDO/PLA界面上自组装,为PPDO的迁移提供通道。二氧化硅(SiO2)端与PLA形成氢键缔合,而PS端与PPDO形成疏水键合。JPs改善了界面粘结并抑制了相分离。在这三种JPs中,二氧化硅@聚苯乙烯-聚二乙烯苯(SiO2@PS-PDVB)和二氧化硅@聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲脂(SiO2@PS-PMMA)JPs与PPDO/PLA复合材料的HLB值相近,增容效果较佳。当添加1.5 phr的SiO2@PS-PMMA JPs时,拉伸强度从最初的14.59 MPa增加到最大值24.18 MPa,而断裂伸长率从39%增加到203%。SiO2端的巯基会与人体组织发生反应,JPs有望用于增强和增韧不混溶的生物高分子混合物。2.一步法制备了JNSs,并通过SEM、EDX、XPS、FTIR和TGA测试了其不对称形貌和化学组成。然后,将JNSs作为PLA的增韧剂,并研究了PLA/JNSs复合材料的形貌、组成和机械性能。JNSs对PLA具有优异的增韧效果,含0.5 phr JNSs的PLA/JNSs复合材料的断裂伸长率从最初的6.6%增加到最大值81.3%。此外,片状的JNSs表现出明显的热屏蔽效应。3.将JNSs作为PPDO/PLA复合材料的增容剂,并研究了JNSs对于PPDO/PLA复合材料的相容性、粘弹性和机械性能的影响。拱形的JNSs通过内表面上的化学键和外表面上的范德华作用力紧紧地抓住PLA分散相。化学键、凹凸合适的抓手和取向的协同作用使PPDO/PLA/JNSs复合材料的强度和韧性同时增加。含0.05 phr JNSs的PPDO/PLA复合材料的拉伸强度从最初的24.68 MPa增加到最大值28.79MPa,同时断裂伸长率从128.7%增加到407.8%。片状结构的JNSs具有更高的比表面积,0.05 phr JNSs对PPDO/PLA复合材料的增容效果优于1.5 phr JPs。
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