高力学强度细菌纤维素气凝胶纤维的连续化制备

气凝胶纤维因其高外表面积和高柔韧性在能量管理系统中具有潜在应用而引起了广泛关注.但是,目前制备的气凝胶纤维力学强度较低,限制了其实际应用.为提高气凝胶纤维力学性能,在始终保持细菌纤维素(BC)纳米纤维处于湿态下,利用NaOH/尿素/硫脲复合溶剂直接低温溶解原生BC,获得透明的BC纺丝原液;通过湿法纺丝制备了BC水凝胶纤维,经过水洗和冷冻干燥后处理,制得BC气凝胶纤维.采用偏光显微镜(POM)、13C核磁共振(13C-NMR)和高级旋转流变仪研究BC在复合溶剂中的溶解过程与状态;利用全反射傅里叶变换红外吸收光谱(ATR-FTIR)、X射线衍射(XRD)和热失重(TG)研究BC溶解前后结构与性能变化;利用场发射扫描电镜(FESEM)、全自动比表面积和孔径分布分析仪、单丝强力仪对获得的BC气凝胶纤维结构与性能进行表征.结果表明,复合溶剂在?15℃条件下可以直接溶解原生湿态BC,最高溶解浓度为3 wt%;采用湿法纺丝制得高度多孔的连续BC气凝胶纤维,比表面积高达192 m^2/g且具有优异的力学性能,断裂强度和杨氏模量高达(9.36±1.68)MPa和(176±17.55)MPa,如0.4 mg BC气凝胶纤维可以支撑高于其本身质量5×10^4倍的重物.     

含芳酰胺结构的新型甲壳型液晶高分子PMPACS的聚合反应动力学研究

采用称量法和GPC,研究了以二甲基乙酰胺为溶剂,偶氮二异丁腈为引发剂,自由基溶液聚合制备含芳酰胺结构的新型甲壳型液晶高分子聚[乙烯基对苯二甲酸二(4-甲氧基苯胺)](PMPACS)的聚合反应动力学.研究发现,(1)MPACS的聚合反应在60℃时主要为双基偶合终止,所以反应后期聚合物分子量明显增大,分子量分布变窄;(2)该反应的聚合反应速率方程为Rp=kp[M][I]1/2,表观活化能Eα=44 kJ/mol,在60℃时的聚合反应常数kp=1.04 L·mol-1·h-1;(3)相同聚合条件下,单体的转化率和数均分子量随单体初始浓度[M]0的增加而增大,当引发剂浓度[I]0增加时,聚合物的分子量随之降低,分子量分布增大;(4)该研究虽采用普通自由基聚合,所得聚合物的分子量分布却较窄,仅为1.1～1.4.     

纳米复合水凝胶体系的设计合成与结构功能一体化构筑

纳米复合水凝胶(NC-Gels)因兼具有机相及无机相的优点,且具有独特的结构特征和理化性能,近年来已成为水凝胶领域的研究重点,在智能器件、生物医药、组织工程等领域有着广泛的应用前景.基于有机/无机杂化原理,通过交联点的结构与功能性设计和凝胶网络的可控构筑,获得了一系列力学性能优异并具有多重响应甚至智能化响应的NC-Gels,并提出了以有机微球或功能化杂化微球分别为交联点构建纳米复合水凝胶(OC-Gels)和杂化水凝胶(H-Gels)的新方法,探索了其在生物医学和智能传感领域等的初步应用.     

甲壳型液晶聚合物纤维的形状记忆效应

采用TA-Q800动态热机械分析仪(DMA)研究了聚乙烯基对苯二甲酸二(对丁氧基苯)酯(PBPCS)纤维的形变回复性能,发现PBPCS纤维具有非常好的形状记忆效应,在145℃及以上温度,形状回复速率最好,9min左右可以从400%的伸长回复到原来的尺寸,于145℃,重复实验5次,结果说明形变回复重复性好.二维X衍射(2DX-Ray)研究显示形变前后PBPCS柱状分子直径d由2.54nm变为2.42nm,表明拉伸后PBPCS螺旋状的大分子主链处于更为伸直的构象,因此分子主链产生一定的内应力,即形变回复应力.由此可见,PBPCS相对柔性的聚乙烯主链使纤维具有良好的形变回复性能,而侧基的甲壳效应使得纤维能够保持初始尺寸,即PBPCS所具有的类似弹簧的特殊螺旋状分子结构是其纤维具有形状记忆效应的内在原因.