纖維素接枝聚異戊二烯仿生材料的制備及其結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、仿生材料由于其獨特的性能得到廣泛的研究和應用。本文首先設計制備了新型纖維素接枝聚異戊二烯共聚物，研究了該共聚物的微相分離和流變行為。以纖維素接枝聚異戊二烯為基礎，設計制備了皮膚結(jié)構(gòu)和力學性能仿生材料(CBPs)。并利用原位小角X-射線散射(SAXS)和廣角X-射線衍射（WAXD）技術(shù)研究CBPs在循環(huán)拉伸過程中微結(jié)構(gòu)的演變過程。此外，纖維素接枝聚異戊二烯共聚物還被用于設計和制備高彈力彈性體，模擬節(jié)肢彈性蛋白的杰出力學性能。其具體內(nèi)容包括

2、以下幾個方面:
　　1.本文報道了一種精心設計的新型接枝共聚物，該共聚物源自于兩種具備相反物理性能的天然高分子:剛性且親水的纖維素和柔性且疏水的聚異戊二烯（天然橡膠的類似物）。因此，該共接枝聚物將集柔性和剛性，疏水性和親水性于一個大分子。所設計的纖維素接枝聚異戊二烯共聚物（Cell-g-PI）是通過補充催化劑和還原劑原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（SARA ATRP）制備的。FT-IR，1HNMR，13C NMR和TGA實驗結(jié)果證明成功制備了

3、Cell-g-PI。TEM和DMA實驗結(jié)果證明Cell-g-PI發(fā)生微相分離。水接觸角實驗結(jié)果證明Cell-g-PI的疏水性隨著聚異戊二烯側(cè)鏈的增長而增大。通過自組織沉淀法可以制備核-殼結(jié)構(gòu)的Cell-g-PI納米微球。
　　2.人類皮膚具備高度的非線性力學性能，這對皮膚的生理功能非常重要。在小應變時皮膚非常柔順，而在大應變時皮膚非常強韌，從而保護人體內(nèi)在組織和器官。然而，目前制備皮膚力學性能仿生材料仍然是一個重大挑戰(zhàn)。本文設計制

4、備了基于兩種天然高分子的雜化材料，剛性的纖維素和彈性的天然橡膠，模擬皮膚的力學性能。所制備的雜化高分子展現(xiàn)高度非線性力學性能，非常接近皮膚的力學性能。更重要的是，通過調(diào)節(jié)纖維素的含量可以精確調(diào)節(jié)該雜化材料的力學性能，從而模擬不同類型的皮膚。
　　3.研究結(jié)果顯示循環(huán)拉伸使CBPs具備類似皮膚微結(jié)構(gòu)和力學性能。原位小角X-射線散射(SAXS)和廣角X-射線衍射(WAXD)實驗被用來進一步研究循環(huán)拉伸過程中CBPs微結(jié)構(gòu)演化過程。TE

5、M結(jié)果顯示CBPs樣品展現(xiàn)兩相結(jié)構(gòu):纖維素納米球分散在聚異戊二烯基體中。原位SAXS實驗結(jié)果顯示拉伸過程中纖維素納米微球逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維素納米纖維并取向。除去外力，纖維素納米纖維不能變回納米球。原位WAXD實驗結(jié)果顯示拉伸過程中聚異戊二烯鏈段首先發(fā)生取向，且整個拉伸過程中并無三維有序晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生。
　　4.節(jié)肢彈性蛋白由于具備杰出的力學性能而受到廣泛的關注，最近有大量研究致力于制備節(jié)肢彈性蛋白仿生材料。然而，在合成材料領域，制備具備