來(lái)源于植物油和纖維素納米晶的超分子聚合物納米復(fù)合材料
【引言】
超分子聚合物一般指采用超分子化學(xué)方法,即利用氫鍵、配位作用、π - π 相互作用等非共價(jià)鍵相互作用而獲得的聚合物,可分為主鏈型超分子聚合物和側(cè)鏈型超分子聚合物兩大類。超分子聚合物復(fù)合材料定義為纖維、填料等增強(qiáng)體均勻分散在超分子聚合物基體中的復(fù)合材料。超分子聚合物納米復(fù)合材料作為一種有別于傳統(tǒng)聚合物基納米復(fù)合材料的新型納米復(fù)合材料而深受人們的重視。
【成果簡(jiǎn)介】
汪鐘凱與唐傳兵等人通過(guò)超分子方法由大豆油(SO)及纖維素納米晶(CNCs)制備了一種具有刺激響應(yīng)行為與較高機(jī)械強(qiáng)度的生物基高分子納米復(fù)合材料。在復(fù)合體系中,從SO獲得的聚合物基質(zhì)通過(guò)點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)被修飾以羥基基團(tuán)與羧基基團(tuán),這些基團(tuán)與CNCs間形成較強(qiáng)的氫鍵作用,有效提升了納米復(fù)合材料體系中基質(zhì)與填料的相容性。制備得到的納米復(fù)合材料表現(xiàn)出較高的拉伸強(qiáng)度,其儲(chǔ)能模量在200℃的高溫下仍然能夠維持穩(wěn)定。此外,這些納米復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度顯示出對(duì)水的快速可逆刺激響應(yīng),從而可實(shí)現(xiàn)利用外部刺激調(diào)節(jié)復(fù)合體系中的分子間氫鍵作用。由于原料與產(chǎn)物具有生物相容、環(huán)境友好等特點(diǎn),這些由生物質(zhì)資源制備得到的納米復(fù)合材料可用于包裝、刺激響應(yīng)材料等多個(gè)領(lǐng)域。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1:由CNCs與SO制備得到超分子納米復(fù)合材料。
(A)由CNCs與SO制備得到的超分子納米復(fù)合材料示意圖(以-COOH基為例)。
(B)通過(guò)巰基-烯烴點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)給SO修飾-OH基或-COOH基。
圖2:1H-NMR譜圖與DSC曲線
(a)P1、P1-OH的1H-NMR譜圖。
(b)P2、P2-OH、P2-COOH的1H-NMR譜圖。
(c)P1、P1-OH的DSC曲線。
(d)P2、P2-OH、P2-COOH的DSC曲線。
圖3:對(duì)CNCs、P2-COOH、含20 wt%CNCs的P2-COOH/CNCs納米復(fù)合材料的表征。
(a)CNCs的AFM圖。
(b)含20 wt%CNCs的P2-COOH/CNCs納米復(fù)合材料的SEM圖。
(c)CNCs與P2-COOH混合體系在DMF溶液中振蕩或靜置10分鐘后的照片。
(d)P2-COOH與含20 wt%CNCs的P2-COOH/CNCs納米復(fù)合材料的DSC曲線。
圖4:應(yīng)力-應(yīng)變曲線
(a)P1-OH-30、P2-OH-30、P2-COOH-30的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
(b)P2-COOH-30、P2-COOH-20、P2-COOH-15、P2-COOH-10、P2-COOH-5的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。
圖5:DMA分析結(jié)果。
(a)含5-30 wt% CNCs的P2-COOH/CNCs納米復(fù)合材料的儲(chǔ)能模量隨溫度的變化。
(b)含5-30 wt% CNCs的P2-COOH/CNCs納米復(fù)合材料的損耗角正切tanδ隨溫度的變化。
圖6:室溫環(huán)境下P2-COOH/CNCs納米復(fù)合材料的吸水率變化。
(a)室溫環(huán)境下含5-30 wt% CNCs的P2-COOH/CNCs納米復(fù)合材料的吸水率隨浸入去離子水中的時(shí)間的變化。
(b)室溫環(huán)境下P2-COOH/CNCs納米復(fù)合材料的平衡吸水率隨CNCs含量的變化。
圖7:水引起含不同含量CNCs的P2-COOH/CNCs納米復(fù)合材料儲(chǔ)能模量的轉(zhuǎn)換。
(a)水引起P2-COOH-30儲(chǔ)能模量的轉(zhuǎn)換。
(b)水引起P2-COOH-20儲(chǔ)能模量的轉(zhuǎn)換。
(c)水引起P2-COOH-10儲(chǔ)能模量的轉(zhuǎn)換。
(d)水引起P2-COOH-5儲(chǔ)能模量的轉(zhuǎn)換。
(e)P2-COOH-30室溫風(fēng)干過(guò)程中儲(chǔ)能模量隨時(shí)間的變化。
(f)使用潛水夾具進(jìn)行DMA實(shí)驗(yàn)。
文獻(xiàn):Song L, Wang Z, Lamm M E, et al. Supramolecular Polymer Nanocomposites Derived from Plant Oils and Cellulose Nanocrystals[J]. Macromolecules, 2017, 50(19).
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