摘要:杂化材料是通过两种或多种不同组分的复合、合成设计和调控,达到多种材料的功能复合、性能互补的一种材料,目前杂化材料探讨居多的是有机-无机类。它是由有机物和无机物在分子尺度或纳米级尺度复合而成的,具有机物强度和韧性集一身的一类新型材料,在材料科学探讨中已成为的一个新焦点。近年来,性能优异的杂化材料在电子光学材料、磁性材料、陶瓷材料、凝胶材料、医用生物材料等方面具有广泛的运用前景。本论文利用无机前驱体物的水解,再加入长链高分子通过溶胶-凝胶历程制备具有一定性能的杂化材料。主要工作体现在下面几个方面:1.发散法合成1.5G的树枝状分子聚酰胺-胺(PAMAMO,与氨基丙基三甲氧基硅烷(商品名KH540)在一定条件下发生反应生成前驱体PAMAM-OS,达到对端基进行改性的目的。然后分别将不同含量的聚合物e-聚己内酯(e-PCL)加入到PAMAM-OS前驱体中,通过溶胶-凝胶的策略,的烷氧基水解形成Si-O-Si网络结构,PCL高分子链缠绕在网络中,可以得到不同质量比的三组分PAMAM-SiOx-PCL的杂化材料。结果用红外光谱仪(ET-IR)、X射线衍射仪(XRD)和热失重(TGA)浅析测试手段对PAMAM-SiOx-PCL的结构和性能进行了表征及浅析。FT-IR光谱表明三元杂化材料系统中PCL有机高分子与PAMAM-SiOx组分间具有较强的氢键键合作用;XRD测试表明表明PAMAM-OS前驱体成分的加入,PCL在杂化材料中的结晶能力降低;TGA曲线表明杂化材料的热分解温度与纯PCL相比有了显著提升,热力学稳定性得到了改善。2.在不同反应条件下采取开环聚合合成具有不同分子量的线性脂肪族聚酯PCL。类似于第一个系统中杂化材料的制备历程,在PAMAM-OS前驱体中加入不同分子量的e-PCL,得到一系列不同分子量的PAMAM-SiOx-PCL三元杂化材料。利用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射(XRD)浅析PAMAM-SiOx-PCL杂化材料的结构特点,差式扫描热浅析仪(DSC)失重率和降解率探究PAMAM-SiOx-PCL杂化材料的热稳定性和降解性能。PAMAM-SiOx-PCL的FT-IR谱图浅析结果显示,随着PCL分子量的增大,基团谱带变宽,氢键化羰基峰向低频移动;杂化体间和分子内有大量的氢键有着。XRD谱图可以看出不同分子量的PCL制备而成的杂化材料其相应结晶锐峰的峰位并没有转变,PCL分子量越小的杂化材料峰强度减小越显著。以DSC曲线可以看出随着杂化材料中PCL分子量的变低而结晶熔融温度和熔融峰面积显著降低,材料的热稳性降低。通过SEM观察,分子链PCL在PAMAM-SiO2网络中呈现不规则分布。随着PCL分子量的增大,有机组分和无机组分之间的融合性变差,相畴尺寸变大。PAMAM-SiOx-PCL杂化材料在生理盐水中降解会引起酸度变化,杂化材料的失重率高于纯PCL。3.基于氢基倍半硅氧烷(T8H8)的氢具有较强的活性,它在催化剂作用下与Y-丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷发生硅氢化反应生成的为硅氧烷的POSS,然后在POSS中加入高分子链PCL,经过硅氧烷的水解、溶胶-凝胶得到POSS/PCL杂化材料,凝胶干燥并对其结构和性能进行表征。由FT-IR光谱和1H-NMR谱图中特定的官能团和基团信息,T8H8的8个氢均已官能团化,POSS前驱体和目标产物POSS/PCL成功制备。热失重TGA结果显示POSS前驱体的引入使杂化材料的热分解起始温度和结束温度均有所提升,其热稳定性增强。XRD谱图可以看出杂化材料中相应结晶锐峰的峰强度显著减小,但相应峰位并没有转变;表明PCL链在杂化系统中聚集排列的规整性受限,其结晶能力下降。材料的扫描电镜显示,烧结前POSS/PCL表面比较光滑平整,且彼此之间没发生显著的相分离,而经过高温烧结之后的POSS/PCL出现微区孔洞结构PCL在前驱体中贯穿。通过对材料亲水性的探讨,与纯PCL相比杂化材料POSS/PCL整体亲水性提升、静态接触角减小;并且杂化材料的吸水率均随着浸泡时间的延长而逐渐增加,且在起初的时间段快速吸水,之后趋缓直至不变。以上的探讨结果加强了人们对杂化材料改性策略的认识,尤其通过是对引入高分子链对无机纳米粒子的影响的理解。聚己内酯是一类可生物降解和具有生物相容性的高结晶性疏水性聚合物,采取溶胶-凝胶将PCL与无机前驱体杂化,制备出相区尺寸接近分子水平的有机-无机杂化材料,二者功能互补得到性能优异的杂化材料。探究无机前驱体的加入对链状高分子PCL结晶性及热性能的影响,为探讨和开发有机-无机杂化材料的科研工作者提供了思路。关键词:Dendrimer-无机前驱体论文溶胶-凝胶法论文三元杂化系统论文聚己内酯论文
摘要3-5
Abstract5-10
第一章 绪论10-33
1.1 有机-无机杂化材料10-11
1.2 杂化材料目前探讨成果11-19
1.2.1 杂化材料介绍11-12
1.2.2 杂化材料制备手段12-17
1.2.2.1 溶胶-凝胶法12-14
1.2.2.2 插层复合法14-15
1.2.2.3 共混法15-16
1.2.2.4 自组装法16-17
1.2.3 杂化材料运用范围17-19
1.2.3.1 光电材料17
1.2.3.2 生物材料17-18
1.2.3.3 催化材料18
1.2.3.4 吸附材料18-19
1.3 聚酰胺-胺树状分子19-25
1.3.1 PAMAM树状大分子介绍19-20
1.3.2 PAMAM树状大分子的合成20-23
1.3.2.1 发散合成法合成PAMAM树状大分子20-21
1.3.2.2 收敛合成法合成PAMAM树状大分子21-23
1.3.3 PAMAM树状大分子的功能化23-24
1.3.4 PAMAM树状大分子的运用24-25
1.5 聚酰胺-胺树状分子基有机-无机杂化材料25-26
1.6 POSS基有机-无机杂化材料26-27
1.7 本课题探讨的主要内容和作用27-28