《納米纖維素增強水凝膠的製備、微結構調控機理與特性》是依託南京林業大學，由徐朝陽擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：納米纖維素增強水凝膠的製備、微結構調控機理與特性
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐朝陽
- 依託單位：南京林業大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
傳統的水凝膠通常強度較差，本研究擬用化學機械法製備顆粒粒徑分布窄、形貌結構確定的納米纖維素增強聚乙烯醇水凝膠，利用化學交聯法和冷凍-解凍法製備多孔環境敏感型水凝膠，運用FTIR、XPS、TEM等手段考察納米纖維素性狀與聚乙烯醇的增強及相互作用機理，探索原材料配比、工藝對納米纖維素水凝膠複合材料性能的影響。考察該水凝膠在孔洞尺寸、外界溫度、pH值、壓力單因素及相互作用時的回響情況，嘗試通過致孔劑、交聯劑調控複合水凝膠的微觀形態，以此控制複合水凝膠的刺激回響。本項目旨在改善傳統水凝膠強度差和增強纖維分布不均的特性，研發出高強度高敏感型智慧型型水凝膠。研究成果可為該類水凝膠套用於藥物控釋方面提供理論基礎和產業化開發依據。
結題摘要
傳統的水凝膠通常強度較差，孔洞分布不均勻，本研究採用化學機械法製備尺寸分布均勻的納米纖維素(CNF)，並以納米纖維素、碳納米管(MWCNTs)為增強相，結合聚乙二醇(PEG)、混合溶劑體系等利用凍融循環法製備了孔洞結構可調的多孔水凝膠。運用 FTIR、 SEM、 TGA 等手段考察納米纖維素性狀、碳納米管與聚乙烯醇的增強及相互作用機理，探索原材料配比、工藝對複合水凝膠性能的影響。首先，通過不同分子量聚乙二醇作為致孔劑成功製備出孔洞結構可調的CNF/PVA複合水凝膠。從微觀結構的數據分析中可以看出，PEG作為致孔劑在物理交聯製得的PVA水凝膠中顯著影響著凝膠的微觀結構。隨著PEG含量的增加，凝膠出現多孔結構並且逐漸變得均勻。此外，隨著PEG分子量的增大，水凝膠的孔徑尺寸也隨之增大。由於多孔結構的出現，水凝膠的溶脹度得到了極大的提高。加入CNF後，PEG改性水凝膠出現高度多孔和互穿結構，溶脹性能和熱穩定性能得到進一步提升。接著以二甲亞碸/水作為混合溶劑，以CNF為增強相製備出孔隙結構均勻且力學性能好的聚乙烯醇複合水凝膠。測試結果表明：混合溶劑體系可使得複合凝膠產生均勻的多孔結構，CNF含量的高低起到了孔徑大小的調控作用；複合凝膠的溶脹度明顯提高，CNF的加入顯著提高了複合凝膠的壓縮強度，且壓縮強度的大小取決於CNF的含量；此外，CNF顯著提高了複合凝膠的熱穩定性。最後，利用凍融循環法製備了羧基化多壁碳納米管（MWCNTs）/聚乙二醇（PEG）-聚乙烯醇（PVA）複合水凝膠。考察了不同質量配比下複合水凝膠的微觀形貌變化，並對複合凝膠的溶脹性能，拉伸強度、熱穩定及導電性能進行了研究。結果表明，加入MWCNTs後MWCNTs/PEG-PVA複合凝膠仍具有多孔的三維網狀結構但孔徑尺寸變小。當MWCNTs與PVA的質量比大於1.0:100時，MWCNTs/PEG-PVA複合凝膠的孔洞的均勻性降低。隨著MWCNTs量的增加，MWCNTs/PEG-PVA複合凝膠的溶脹度及拉伸強度均呈先升高后降低的趨勢。當MWCNTs與PVA的質量比為1.0:100時，MWCNTs/PEG-PVA複合凝膠的溶脹度達到最大（1450%），孔隙率最高（75.8%），拉伸強度及斷裂伸長率達到最大值，分別為0.97 MPa和384.0%。MWCNTs的加入提高了MWCNTs/PEG-PVA複合凝膠的熱穩定性，
