聚乙二醇改性纳米纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶的制备及性能

通过酸碱处理和机械研磨结合的方法制备纳米纤维素(CNFs),并利用冻融循环法分别制备了聚乙烯醇(PVA)和纳米纤维素/聚乙烯醇(CNFs/PVA)复合水凝胶,以及聚乙二醇(PEG)改性PVA和CNFs/PVA复合水凝胶。考察不同配方下复合水凝胶的微观形貌变化,并对复合水凝胶的溶胀性能、压缩强度及热稳定性能进行研究。结果表明,CNFs与PEG对PVA水凝胶的微观形貌均有改善作用,加入PEG后形成的PEG/PVA凝胶产生明显的三维网络结构。当PEG与CNFs同时加入到PVA凝胶后形成的CNFs-PEG/PVA凝胶具有均匀的互穿孔洞结构,此时复合水凝胶的孔隙率最高((67.5±4.3)%),溶胀度最好(980%),且压缩强度较PVA水凝胶也有所提升。PEG对复合凝胶的热稳定性无影响,而加入CNFs后,CNFs-PEG/PVA复合凝胶的初始热分解温度从235℃上升至300℃,显著提高了PVA凝胶的热稳定性。     

聚乙烯醇/纤维素纳米纤热塑性复合材料的制备及表征

将聚乙烯醇(PVA)、纤维素纳米纤(CNFs)通过熔融共混成功制备出高性能PVA/CNFs热塑性复合材料。采用扫描电镜、红外光谱、X射线衍射、差示扫描量热分析、热重分析对PVA/CNFs复合材料的微观形态及结构进行表征,对复合材料的物理力学性能进行测试。结果表明,选用适当的增塑剂与PVA、CNFs组合可实现PVA/CNFs共混体系的热塑成型;CNFs与PVA间的氢键作用有助于提高CNFs与PVA基体之间的相容性,从而优化PVA/CNFs复合材料的力学性能,拉伸强度从19.5 MPa增加到34.3 MPa,弹性模量从114.4 MPa增加到287.5 MPa。     

用于软骨和软骨下骨修复的纳米羟基磷灰石/聚乙烯醇/聚酰胺66功能梯度材料的制备和表征

利用反复冷冻-解冻法和相分离法,制备出用于软骨和软骨下骨修复的纳米羟基磷灰石(nHA)/聚乙烯醇(PVA)/聚酰胺(PA66)功能梯度材料。研究表面层PVA的力学性能和摩擦学性能,及软骨下骨nHA/PA66(m(HA)∶m(PA66)=1∶1)支架的力学性能及生物学性能。结果表明PVA拉伸强度为1.938MPa,平均摩擦系数在生理盐水及代血浆润滑条件下分别为0.076和0.085;nHA/PA66复合多孔支架孔隙率为80.93%,孔径为50～500μm,压缩强度和压缩模量分别为0.88和15.21MPa,且具有良好的生物相容性。     

利用废弃滤纸制备纳米纤维素/聚乙烯醇包装复合材料

目的研究利用机械法处理废弃滤纸浆制备功能性包装复合材料的可行性。方法采用研磨和高压均质的方法,分别从未处理和乙酸预处理废弃滤纸浆中分离出2种不同尺寸的纤维素纳米纤丝(CNFs),悬浮液抽滤成膜,并采用浸渍法制备2种CNFs/PVA复合膜,对其力学性能和透光率进行测试。结果通过场发射扫描电镜(SEM)观察,未处理滤纸浆的纤维素纤丝直径分布在300~500 nm之间,乙酸预处理后纤丝直径明显减小,主要分布在60~100 nm之间。乙酸预处理滤纸CNFs/PVA复合膜具有较好的力学性能和透明性,其中拉伸强度高达90.45 MPa,较PVA提高了201%,透光率为81.3%,较PVA降低10.3%。结论对2种方法制备的CNFs/PVA复合材料性能比较表明,经乙酸预处理后的滤纸CNFs膜性能明显提高,其对PVA的增强效果更佳,可以作为高强度、高透明包装材料使用。     

多孔PVA/CNFs复合水凝胶的制备与性能

目的研究聚乙二醇(PEG)的加入对复合凝胶微观结构、溶胀性能和热稳定性的影响,扩大复合凝胶在包装领域的应用。方法以PEG为致孔剂,纳米纤维素(CNFs)为增强相,利用物理交联法制备出多孔聚乙烯醇/纳米纤维素复合水凝胶。结果 PEG作为致孔剂时可制得网络互穿结构的多孔水凝胶,复合凝胶的溶胀度可达到1000,相比于纯PVA水凝胶有极大的提高,同时加入CNFs的聚乙烯醇凝胶与纯的聚乙烯醇凝胶相比具有更好的热稳定性。结论这种有着高溶胀性和良好热稳定性的多孔复合凝胶可用于包装产品的保鲜与物流防护。     

纳米纤维素增强聚乙烯醇/水性聚氨酯静电纺膜的研究

采用TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物自由基)氧化纤维素纳米纤维(TOCNs)作为聚乙烯醇(PVA)/水性聚氨酯(WPU)静电纺膜的增强剂。研究中使用拉伸实验研究TOCNs的增强作用,此外还使用扫描电子显微镜、红外光谱仪、热重分析仪及差示扫描量热仪等对静电纺膜进行结构性能表征。扫描电镜观察发现当纳米纤维素加入量为5%(质量分数)时,其在聚合物基质中分散良好,所得静电纺纳米纤维保持了良好的形态。此外,加入5%(质量分数)的纳米纤维素能够将材料的抗张强度提高44%,且纳米纤维素的加入对材料的热稳定性也有一定的改善,纳米纤维素起到一种纳米填料的效果。鉴于PVA、WPU、TOCNs均为亲水性,无毒且具有生物相容性的物质,所得静电纺膜在组织支架及伤口护理材料等方面具有潜在应用。     

纳米纤维素/聚乳酸复合包装薄膜的制备及表征

目的添加适量的纳米纤维素改善聚乳酸的脆性,以适应产品的包装。方法将聚乳酸(PLA)与纳米纤维素(CNFs)共混制备复合包装材料,测试该复合材料的力学性能、透光率、红外谱图,并用扫描电子显微镜(SEM)观察了复合包装材料的表面形貌。结果纳米纤维素添加到聚乳酸中增加了其力学性能,当纳米纤维素质量分数为2%时,拉伸强度和冲击强度都达到最大;随着添加CNFS比例的增大,CNFs/PLA复合薄膜材料的透光率随之降低,雾度随之升高,但是该薄膜作为包装材料对商品的可视性影响不大。结论纳米纤维素(CNFs)是具有一定长径比的纳米级线状材料,对材料的拉伸强度具有增强作用。     

双交联聚乙烯醇/海藻酸钠水凝胶的制备与表征

以聚乙烯醇(PVA)与海藻酸钠(SA)为原料,利用CaCl_2/硼酸溶液进行化学交联,再通过循环冷冻解冻物理交联,制备出PVA/SA水凝胶。分析讨论了水凝胶的交联机理、结构、力学性能、含水率、孔隙率及细胞相容性。红外光谱分析表明,经CaCl_2/硼酸溶液交联后,Ca~(2+)与SA中的-COO~-形成络合,硼酸溶液中B(OH)_4~-与PVA交联形成交联结构,循环冷冻解冻促使了复合水凝胶中分子间和分子内氢键的形成。扫描电镜测试表明,PVA/SA水凝胶内部具有丰富的多孔结构,孔径约5～30μm。水凝胶的性能可通过交联剂浓度等进行调控,其中m(PVA)/m(SA)为8∶2,交联剂质量分数为5%时,水凝胶压缩模量和压缩强度分别达到(121.84±3.03) kPa和(636.18±68.71) kPa;含水率和孔隙率分别为83.73%和79.98%。细胞培养结果表明,双交联PVA/SA水凝胶细胞相容性良好。     

纳米碳纤维表面修饰及其在水溶液中的分散

为了研究纳米碳纤维(CNFs)在水溶液中的分散情况,对其进行高温纯化处理,以甲基纤维素(MC)为分散剂,制备分散良好的CNFs悬浮液.采用差热分析(DTA)和热重分析(TGA)研究了高温处理对CNFs的影响,通过测定悬浮液的紫外可见光吸光度、等温吸附曲线、zeta电位及表面张力等方法研究了MC对CNFs分散性能的影响,并讨论分析了MC对CNFs的分散机理.结果表明:MC的加入使CNFs悬浮液的zeta电位由-15.4 mV升至0,表面张力由38.87 mN/m降至36.54 mN/m;等温吸附曲线表明MC在CNFs的表面为"单阶段吸附",当MC的质量浓度达到0.4 g/L时,MC在CNFs表面饱和吸附;当CNFs达到最佳分散状态时,MC与CNFs的质量比为2∶1.     

MPEG-PLLGA多孔支架制备影响因素研究

采用热致相分离法制备了MPEG-PLLGA(单甲氧基聚乙二醇-聚左旋丙交酯乙交酯)多孔支架。讨论了丙交酯/乙交酯(LA/GA)配比、聚合物质量浓度、预冻温度等因素对支架的孔径、孔隙率和力学性能的影响。结果表明,当聚合物质量浓度为0.03g/mL时,不同n(LA)/n(GA)比的MPEG-PLLGA支架的孔形貌相差较大,而当聚合物质量浓度为0.04g/mL和0.05g/mL时,3种n(LA)/n(GA)比的MPEG-PLLGA支架的孔形貌和孔径没有明显差异,且在相同聚合物质量浓度下,随着n(LA)/n(GA)比升高,所得支架的压缩强度增大;随聚合物溶液质量浓度的提高,3种n(LA)/n(GA)比支架的孔隙率、孔径均呈变小趋势,压缩强度逐渐增大;随预冻温度的降低,所得支架的孔径、孔隙率逐渐变小,压缩强度逐渐增大。     

高强度耐低温纳米纤维素/聚乙烯醇导电复合水凝胶制备及其在柔性传感中的应用

纳米纤维素具有大长径比、较高的弹性模量与比表面积及丰富的表面官能团,是一种优良的纳米增强材料。首先以纳米纤维素(CNFs)为分散介质辅助分散MXene纳米片层,制备CNF-MXene纳米复合物,并通过FTIR与XPS分析CNFs与MXene的相互作用。以此复合物为增强填料,聚乙烯醇(PVA)为基底,制备CNF-MXene/PVA复合水凝胶,进一步通过KOH溶液处理,提高复合水凝胶的力学性能,并赋予复合水凝胶优异的离子导电性。该复合水凝胶表现出优异的力学性能,其拉伸强度与断裂伸长率分别达到255.9 kPa与1098.2%,还具有高电导率(2.38 S/m)、一定的抗冻性能与灵敏的应变/压力响应性。基于该复合水凝胶组装的应变/压力柔性传感器,由于具有极低的检测极限质量(100 mg)与极快的响应时间(225 ms),可以监控脉搏跳动与喉咙发声微小震动引起的压力变化。因此,该复合水凝胶基柔性传感器非常有希望应用于未来新一代可穿戴电子、人机交互等领域。      

聚乙烯醇水凝胶的制备及性能

利用冷冻-解冻法制备聚乙烯醇(PVA)水凝胶,研究了不同因素对PVA水凝胶力学性能和溶胀特性的影响。结果表明,PVA水凝胶是一种典型的粘弹性材料,在一定应变区内,材料的拉伸模量随应变的增加而增大;拉伸强度和平均拉伸模量随PVA水溶液的浓度和冷冻-解冻循环次数的增加而增强,凝胶的最大拉伸强度和拉伸模量分别为2.27 MPa和0.95 MPa。溶胀特性研究显示,PVA水凝胶在生理盐水中的平衡溶胀比小于其在蒸馏水中的平衡溶胀比;凝胶的平衡溶胀比随浓度和冷冻-解冻次数的增加而下降,其下降趋势满足幂函数的变化规律;水凝胶的溶胀过程符合溶胀动力学方程。     

SC-CO2纤维粘接法制备PLA/TCP/Collagen组织工程支架材料

在超临界CO2(SC-CO2)循环萃取条件下制备PLA/TCP/Collagen(PTC)多孔组织工程支架材料,研究了胶原含量对支架材料的总孔隙率、开孔率、孔洞形态和力学性能的影响,以及胶原纤维在支架材料中的分布.结果表明:用SC-CO2反复循环萃取法制备的PTC支架材料开孔率可达到82.81%,比不加胶原的PLA/TCP支架高约25%;孔径为200-500 μm,孔洞之间出现重要的"隧道"结构;胶原纤维在SC-CO2反复循环萃取法处理后保持着网络形态,在支架中分布均匀;胶原纤维加入使支架材料的压缩模量和压缩强度明显下降.     

高强度聚乙烯醇/氧化石墨烯复合水凝胶

采用冷冻-解冻方法制备了物理交联的聚乙烯醇/氧化石墨烯复合水凝胶。采用热失重、X射线衍射、差示扫描量热、扫描电镜、力学性能、溶胀性能及离子强度敏感性等分析对制备的复合水凝胶进行了表征,研究了氧化石墨烯(GO)含量、冷冻-解冻循环次数、聚乙烯醇(PVA)浓度对复合水凝胶性能的影响。研究结果表明,复合水凝胶呈现出三维多孔网络结构;随着GO含量的增加,水凝胶的热稳定性增强、熔融温度上升,拉伸强度和压缩强度也得到明显提高,说明GO在复合水凝胶中起到了物理交联剂的作用;复合水凝胶的平衡溶胀比随着GO含量的增加而增大,但当GO的质量分数超过0.4%时逐渐减小;增加冷冻-解冻循环次数或PVA浓度,水凝胶的拉伸强度和压缩强度增大,力学性能得到显著改善。     

相分离法制备PLGA微米-纳米多孔结构研究

相分离技术是近年来制备组织工程支架的一项新技术.研究了溶剂、溶液浓度、降温速率对多孔材料微孔结构的影响,确定了获得微米-纳米尺度微结构的参数.通过试验探索出了用高凝固点溶剂低温快速冷冻制备PLGA纳米结构的方法,讨论了溶剂影响微米-纳米多孔结构的因素.通过选取适当的溶剂、冷冻温度和溶液浓度,可以控制获得的多孔结构的尺寸,制备更适合细胞黏附、增殖的组织工程支架.     

超临界流体技术制备聚乳酸组织工程三维多孔支架实验研究

理想三维支架的构建是组织工程化人工器官成功的前提条件。以聚乳酸为模型材料,二氯甲烷为溶剂,利用超临界流体诱导相分离过程制备具有外部三维立体结构和内部三维互通的组织工程支架,考察了过程制备的可行性,分析了操作参数如操作压力、温度和溶液浓度对孔的形态、结构和孔壁的影响。结果表明,利用超临界流体诱导相分离过程可成功制备孔径分布均匀、互通性好、孔隙率高的组织工程用三维多孔支架,且制备周期短,工艺简单。随操作压力、温度和溶液浓度的增加,支架孔径均逐渐减小。但过程中温度太低,压力或初始溶液浓度太高均会导致聚合物富相内聚乳酸的快速结晶析出从而形成由纳米级聚乳酸颗粒粘结在一起的支架孔壁。本实验范围内较优的操作参数为:高压釜压力10 MPa,温度45℃,溶液浓度20%(质量分数)。     

纳米掺锶羟基磷灰石/聚乙烯醇/明胶复合水凝胶的制备及矿化性能研究

采用化学沉淀法制备纳米纳米掺锶羟基磷灰石(Sr-HAP)粉体,通过物理法工艺加入聚乙烯醇(PVA)和明胶溶液,经反复冷冻-解冻制备纳米掺锶羟基磷灰石/聚乙烯醇/明胶(Sr-HAP/PVA/明胶)复合水凝胶。利用红外光谱、X射线衍射、扫描电镜对产物的结构进行分析,采用模拟体液法对复合凝胶产物的再矿化行为进行分析。结果表明:实验所制备的复合水凝胶组成均一,凝胶内部Sr-HAP分散良好、分布均匀,且含有大量网状结构,符合理想组织工程支架材料高孔隙率的要求。产物在模拟体液中浸泡15d后,经扫描电镜分析发现凝胶表面有沉积物生成,X射线衍射检测表面沉积物含有类似HAP的物质,说明复合凝胶具有诱导性,有望作为软骨或组织修复材料进一步研究。     

PVA／HA复合水凝胶的结构和摩擦学性能

将聚乙烯醇(PVA)和纳米羟基磷灰石(HA)按一定比例共混,采用反复冷冻-融化法制备出PVA/HA复合水凝胶.观察了PVA/HA复合水凝胶的微观结构和晶态结构,并在小牛血清稀释液润滑条件下进行了PVA/HA复合水凝胶与牛膝关节软骨的摩擦磨损试验.结果表明:随着冷冻-融化循环数的增加,PVA/HA复合水凝胶结构中氢键的作用增强,缠结结构链上的交联点增多,复合水凝胶的结晶度也随之提高,微孔结构趋于完整,因而使其压缩刚度增大;PVA/HA复合水凝胶与牛膝关节软骨的摩擦系数、接触变形和磨损量都随着冷冻-融化循环数的增加而显著减小,使复合水凝胶的减摩性和耐磨性提高.     

聚乙烯醇/改性纳米纤维素晶体纳米复合薄膜的制备及性能

先用丁二酸酐对纳米纤维素晶体(NCC)进行表面羧基化改性,然后将改性NCC添加到聚乙烯醇(PVA)基体中制备PVA/改性NCC纳米复合薄膜,并进一步热处理制得交联PVA/改性NCC纳米复合薄膜。通过热重分析、差热分析、吸水实验和拉伸实验考察了改性NCC的添加量对薄膜性能的影响,以及加热交联对薄膜性能的影响。结果表明,与纯PVA薄膜相比,添加改性NCC后,薄膜的起始分解温度升高、结晶峰向高温方向移动,吸水率基本不变,力学性能对环境湿度敏感;热处理交联后,薄膜的起始分解温度继续升高、结晶峰也向高温方向移动,吸水率显著降低,力学性能不随环境湿度变化。     

纳米细菌纤维素/聚乙烯醇复合水凝胶在模拟体液中的疲劳行为

聚乙烯醇(PVA)复合水凝胶作为半月板及软骨等长期承重植入体,在生理环境中的疲劳行为关系到植入体的持久性和稳定性。采用弥散增强的方法将纳米细菌纤维素(BC)均匀分散在PVA水凝胶基体中,制备了纳米BC/PVA复合水凝胶。在模拟体液(SBF)环境中,采用压缩疲劳过程分析、疲劳前后刚度变化分析及疲劳前后尺寸稳定性分析3种方法,测试和评价了复合水凝胶的抗疲劳性能和力学稳定性。结果表明:纳米BC/PVA复合水凝胶在模拟人体环境中具有良好的抗疲劳性能,能够满足体内植入物的抗疲劳性能需求;纳米BC的加入可以有效提升复合水凝胶的力学稳定性和抗疲劳性能,但随着纳米BC含量的进一步升高,复合水凝胶的抗疲劳性能有所减弱,当PVA与纳米BC质量比为30∶1时,纳米BC/PVA复合水凝胶疲劳前期与后期最大位移变化量最小(0.002mm),疲劳前后刚度变化最小(5.41%),且疲劳前后尺寸稳定性最强,变形量仅为0.427mm,抗疲劳性能达到最佳。