《功能化纤维素基纳米纤维/丝素基复合膜的研究》

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随着以高效、节能、无污染等为优点的光固化技术的出现,化合物经改性接入可光固化型功能基团(如不饱和碳碳双键、环氧基)后在光引发剂存在下经紫外光照射,发生交联,从而形成稳定的结构。鉴于丝素和含羟基纤维素衍生物接入异氰酸酯基的可行性,和异氰酸酯基连接的可光固化基团的易实施性,光固化型功能性纤维素或丝素材料很有可能通过异氰酸酯与丙烯酸酯类经化学反应而制得。因此,研究开发兼具纤维素材料的优异性能及光固化技术高效、低能耗、安全环保等特点的可光固化功能化纤维素材料,将其进行静电纺丝制备新型的纳米纤维,然后与光固化型改性丝素复合,通过光固化制备结构稳定的能发挥纳米纤维尺寸效应的复合膜材料,这将拓宽天然生物原料的应用范围。迄今,利用光固化型功能性纤维素制备静电纺丝纳米纤维以及用其纳米纤维与丝素基材复合的研究尚未见报。该课题一方面旨在开发纤维素衍生物的新产品和新功能,另一方面是为了加强纳米纤维及其复合膜材料的复合理论、制备工艺与表征方法的探讨。更重要的是,以功能化纤维素纳米纤维与改性丝素建立起来的纳米纤维复合膜技术可以推广到其它天然高分子或者合成高分子方面。故此,该项研究对发展中国以及广西地区的科技水平有重要意义。该项目研究的主要内容是以纤维素衍生物—醋酸纤维素和丝素为原料,将醋酸纤维素与含可紫外光固化基团的功能性有机化合物经化学反应制备可光固化型功能性纤维素,研究反应条件对该纤维素结构的影响,以便制得溶解性好且可用于静电纺丝的功能化纤维素。采用静电纺丝技术制备具有可控形貌的功能化纤维素纳米纤维,研究溶液性质和纺丝条件对纤维形貌和性能的影响。鉴于纳米纤维的超细直径、高比表面积和优良机械性能等特点,将功能化纤维素纳米纤维作为支撑物,与作为基体的含光固化基团的改性丝素在光引发剂存在下经紫外光照射发生交联,制备结构稳定的纳米纤维复合膜,并研究复合膜的机械性能、透光性和降解性等与复合膜制备工艺、纤维形貌、功能化纤维素结构之间的关系。通过光固化纤维素酯纳米纤维/丝素/聚乙烯醇复合膜材料制备的探讨,研究发现光固化纤维素酯固化后所剩余的羟基与聚乙烯醇和丝素的羟基以及含氮基团在成膜过程中相互作用,复合成形后获得了强度达10N/mm<'2>以上的复合膜材料,而且光固化纤维素酯纳米纤维膜的孔隙结构复合膜在难溶性丝素混合的存在下仍能达到平均50%的透光率。纤维素酯基成分提供纤维素结构中刚性抗变形的优点,聚乙烯醇组分赋予复合组分接良好的相互作用,丝素组分呈现生物相容的特点,三种组分的复合,使所制备的新型材料为生物医用、化妆覆膜等半透明生物相容性膜材料提供了研究基础和广阔的应用前景。

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