【摘 要】
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塑料因其质轻、抗腐蚀性强、防水、耐用、成本低等特性被广泛使用,但不可降解塑料的大量使用给环境带来了巨大压力。本课题拟从塑料可降解化、提高塑料耐用性的角度解决这一问题。一方面,本课题启发于皮肤流汗,从不牺牲材料本身性能并赋予材料耐磨性以达到延长材料使用寿命的角度,以二氧化硅纳米粒子与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为原料制备了一种热响应性自润滑材料;另一方面,获灵感于银杏叶分泌杀菌物质实现自我保护,本课
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塑料因其质轻、抗腐蚀性强、防水、耐用、成本低等特性被广泛使用,但不可降解塑料的大量使用给环境带来了巨大压力。本课题拟从塑料可降解化、提高塑料耐用性的角度解决这一问题。一方面,本课题启发于皮肤流汗,从不牺牲材料本身性能并赋予材料耐磨性以达到延长材料使用寿命的角度,以二氧化硅纳米粒子与聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为原料制备了一种热响应性自润滑材料;另一方面,获灵感于银杏叶分泌杀菌物质实现自我保护,本课题通过以纤维素和聚乳酸(PLA)为原料制备出具备抗菌性的多功能可降解医用敷料。本课题主要工作具体如下:(1)以二氧化硅纳米粒子为核,通过共价键将季铵盐硅烷偶联剂接枝在表面,后采用离子交换法将带有机长链的表面活性剂接枝在外层。采用傅里叶红外光谱(FTIR)、透射电镜(TEM)等手段表征了二氧化硅类流体(Si O2 nfs)的化学组成以及核壳结构,通过流变测试证实了其类液行为和温度响应性。将Si O2 nfs和PMMA通过溶液共混浇注得到均匀的多功能膜。通过摩擦试验发现复合膜的摩擦系数(COF)随着Si O2 nfs含量的增加而降低,当Si O2 nfs的重量含量为10%时复合膜的COF最低(相比于纯样降低了3倍)。通过扫描电子显微镜(SEM)、水接触角(WCA)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子光谱仪(XPS)等表征了薄膜的热响应性,数据表明当Si O2 nfs含量小于等于10%时,复合薄膜的COF在加热后出现降低。由于PMMA表面的Si O2 nfs的小尺寸兼双层离子结构,复合材料显示出优异的亲水性(混入Si O2 nfs后复合膜水接触角保持在15°左右)、防雾性、抗静电性以及高透明度(所有样品透光率均大于85%)。(2)通过酸水解将纤维素粉末转化为纤维素晶,后经离子交换法将其制备成纤维素纳米晶类流体(CNCfs),使用FTIR、TEM等设备表征了其核壳结构;采用热重分析(TG)技术表征了其耐热性,经过流变测试表明了其类液行为以及低粘性。借助静电纺丝将其嵌入到PLA得到PLA/CNCfs纤维膜。力学性能数据表明CNCfs能够同时增强增韧PLA;通过接触角测量仪、透湿量仪等方式表征了复合膜的亲水性,结果表明PLA/CNCfs具备超强的亲水性和吸水能力,且水蒸气透过率(WVTR)达到3.612 g m-2 h-1(比纯聚乳酸纤维膜高81倍)。此外,选用红外热成像、体电阻仪、导热仪等仪器测试了膜的一系列物理性能,结果表明PLA/CNCfs纤维膜具有良好的抗静电性能,和优异的散热性能(相对于纯PLA减少了2℃),其中,当CNCfs含量为20 wt.%时,PLA/CNCfs具有最高导热率(高达0.27 W/m K)。通过抗菌实验测试了复合膜的抗菌性,结果显示PLA/CNCfs具有良好的抑菌性,对革兰氏阴性大肠杆菌和阳性金黄色葡萄球菌的抑菌率分别为98.5%和92.7%。
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