新型三元雜化材料的制備與性能研究.pdf

1、雜化材料是通過兩種或多種不同組分的復(fù)合、合成設(shè)計(jì)和調(diào)控，達(dá)到多種材料的功能復(fù)合、性能互補(bǔ)的一種材料，目前雜化材料研究居多的是有機(jī)-無機(jī)類。它是由有機(jī)物和無機(jī)物在分子尺度或納米級(jí)尺度復(fù)合而成的，具有機(jī)物強(qiáng)度和韌性集一身的一類新型材料，在材料科學(xué)研究中已成為的一個(gè)新焦點(diǎn)。近年來，性能優(yōu)異的雜化材料在電子光學(xué)材料、磁性材料、陶瓷材料、凝膠材料、醫(yī)用生物材料等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。本文利用無機(jī)前驅(qū)體物的水解，再加入長(zhǎng)鏈高分子通過溶膠-凝膠過程

2、制備具有一定性能的雜化材料。主要工作體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面:
　　 1.發(fā)散法合成1.5G的樹枝狀分子聚酰胺-胺(PAMAM0，與氨基丙基三甲氧基硅烷(商品名KH540)在一定條件下發(fā)生反應(yīng)生成前驅(qū)體PAMAM-OS，達(dá)到對(duì)端基進(jìn)行改性的目的。然后分別將不同含量的聚合物e-聚己內(nèi)酯(e-PCL)加入到PAMAM-OS前驅(qū)體中，通過溶膠-凝膠的方法，外圍的烷氧基水解形成Si-O-Si網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，PCL高分子鏈纏繞在網(wǎng)絡(luò)中，可以得到不同質(zhì)

3、量比的三組分PAMAM-SiOx-PCL的雜化材料。結(jié)果用紅外光譜儀(FT-IR)、X射線衍射儀(XRD)和熱失重(TGA)分析測(cè)試手段對(duì)PAMAM-SiOx-PCL的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征及分析。FT-IR光譜表明三元雜化材料體系中PCL有機(jī)高分子與PAMAM-SiOx組分間具有較強(qiáng)的氫鍵鍵合作用;XRD測(cè)試表明表明PAMAM-OS前驅(qū)體成分的加入，PCL在雜化材料中的結(jié)晶能力降低;TGA曲線表明雜化材料的熱分解溫度與純PCL相比有了明

4、顯提高，熱力學(xué)穩(wěn)定性得到了改善。
　　 2.在不同反應(yīng)條件下采用開環(huán)聚合合成具有不同分子量的線性脂肪族聚酯PCL。類似于第一個(gè)體系中雜化材料的制備過程，在PAMAM-OS前驅(qū)體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三元雜化材料。利用傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)、X射線衍射(XRD)分析PAMAM-SiOx-PCL雜化材料的結(jié)構(gòu)特征，差式掃描熱分析儀(DSC)失重率和降解率探究PAMAM

5、-SiOx-PCL雜化材料的熱穩(wěn)定性和降解性能。PAMAM-SiOx-PCL的FT-IR譜圖分析結(jié)果顯示，隨著PCL分子量的增大，基團(tuán)譜帶變寬，氫鍵化羰基峰向低頻移動(dòng);雜化體間和分子內(nèi)有大量的氫鍵存在。XRD譜圖可以看出不同分子量的PCL制備而成的雜化材料其相應(yīng)結(jié)晶銳峰的峰位并沒有改變，PCL分子量越小的雜化材料峰強(qiáng)度減小越明顯。從DSC曲線可以看出隨著雜化材料中PCL分子量的變低而結(jié)晶熔融溫度和熔融峰面積明顯降低，材料的熱穩(wěn)性降低。通

6、過SEM觀察，分子鏈PCL在PAMAM-SiO2網(wǎng)絡(luò)中呈現(xiàn)不規(guī)則分布。隨著PCL分子量的增大，有機(jī)組分和無機(jī)組分之間的融合性變差，相疇尺寸變大。PAMAM-SiOx-PCL雜化材料在生理鹽水中降解會(huì)引起酸度變化，雜化材料的失重率高于純PCL。
　　 3.基于氫基倍半硅氧烷(T8H8)外圍的氫具有較強(qiáng)的活性，它在催化劑作用下與γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷發(fā)生硅氫化反應(yīng)生成的外圍為硅氧烷的POSS，然后在POSS中加入高分子鏈

7、PCL，經(jīng)過硅氧烷的水解、溶膠-凝膠得到POSS/PCL雜化材料，凝膠干燥并對(duì)其結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行表征。由FT-IR光譜和1H-NMR譜圖中特定的官能團(tuán)和基團(tuán)信息，T8H8外圍的8個(gè)氫均已官能團(tuán)化，POSS前驅(qū)體和目標(biāo)產(chǎn)物POSS/PCL成功制備。熱失重TGA結(jié)果顯示POSS前驅(qū)體的引入使雜化材料的熱分解起始溫度和結(jié)束溫度均有所提高，其熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。XRD譜圖可以看出雜化材料中相應(yīng)結(jié)晶銳峰的峰強(qiáng)度明顯減小，但相應(yīng)峰位并沒有改變;表明PCL鏈

8、在雜化體系中聚集排列的規(guī)整性受限，其結(jié)晶能力下降。材料的掃描電鏡顯示，燒結(jié)前POSS/PCL表面比較光滑平整，且彼此之間沒發(fā)生明顯的相分離，而經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)之后的POSS/PCL出現(xiàn)微區(qū)孔洞結(jié)構(gòu)PCL在前驅(qū)體中貫穿。通過對(duì)材料親水性的研究，與純PCL相比雜化材料POSS/PCL整體親水性提高、靜態(tài)接觸角減小;并且雜化材料的吸水率均隨著浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加，且在起初的時(shí)間段快速吸水，之后趨緩直至不變。
　　 以上的研究結(jié)果加強(qiáng)了