聚乙烯醇/胶原水解物/二氧化硅复合材料的制备与性能研究

论文摘要

通过溶胶凝胶法采用硅酸乙酯（TEOS）醇解生成二氧化硅（SiO2）,合成了聚乙烯醇/胶原水解物/二氧化硅（PVA/CH/SiO2）复合材料。本文首先系统研究了测定方法对吸水性高分子材料溶胀行为的影响、测定方法变化引起材料溶胀行为变化的机理以及复合材料的初期溶胀定量分析。在此基础上,研究了PVA/CH和PVA/CH/SiO2复合材料的平衡溶胀度和溶胀动力学行为,分析了紫外照射对两种复合材料溶胀行为的影响,并探讨了PVA/CH和PVA/CH/SiO2复合材料在缓冲溶液中的溶出行为变化,通过热重TG分析研究了所得材料的热降解性能。同时,采用红外光谱、力学性能和电镜分析表征复合材料的结构与性能。对膜材料溶胀动力学的实验研究发现,测定方法对实验结果有显著的影响。其中,多样品测试方法能够反映吸水性高分子材料的真实溶胀行为,而单样品测试法由于在空气和水溶液中的交替停留,膜表面出现了水分子的浓度差,并改变了膜内三种不同水分子状态之间的动态平衡,加速了物质在初期的溶胀速度,但不同测定方法得到的平衡溶胀度没有明显的改变。吸水性高分子材料的吸水量Ma对时间t的Ma-t曲线符合指数函数y=-a·ex/c+b,并且具有很高的拟合度。在上述研究基础上,对PVA/CH和PVA/CH/SiO2复合材料的研究表明:CH含量的增加能够提高PVA/CH复合材料的平衡溶胀度,SiO2的加入改变了PVA/CH/SiO2复合材料的内部结构,降低了复合材料的平衡溶胀度。PVA/CH和PVA/CH/SiO2复合材料的溶胀曲线都可分为两部分,溶胀速度在初期很快,在后期趋于平缓。溶胀过程中发现PVA/CH和PVA/CH/SiO2复合材料在缓冲液中的溶解导致复合材料溶胀度降低,其中PVA/CH复合材料溶胀度降低的速度比PVA/CH/SiO2复合材料快,表明二氧化硅的加入能有效抑制体系的溶解。本文通过TG分析研究了复合材料的热降解性能,并采用Coats-Redfern法计算了热降解活化能,结果发现PVA/CH复合材料的热降解活化能比纯PVA低,随着CH含量的增加,复合材料的热降解活化能呈现降低趋势。SiO2的加入能够提高了PVA/CH/SiO2复合材料的热稳定性。FT-IR分析结果表明,由于Si-O-Si键桥的反对称振动收缩,使PVA/CH/SiO2复合材料在1000-1200 cm-1之间出现了一系列的伸缩振动谱带,在1200cm-1出现的吸收峰是Si-C键振动收缩出现的结果。随CH含量的增加,PVA/CH复合材料的断裂伸长率逐渐增加,但CH含量对复合材料的抗张强度影响不大。SiO2的加入能够提高PVA/CH复合材料的抗张强度和断裂伸长率,但是,随CH含量的增加,PVA/CH/SiO2复合材料的抗张强度降低,断裂伸长率提高。扫描电镜（SEM）观察结果表明,复合材料中PVA相和CH相的相容性非常好,二氧化硅的加入使复合材料的表面结构发生了改变。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 概述
• 1.1 前言
• 1.2 胶原及胶原水解物
• 1.2.1 胶原
• 1.2.2 胶原水解物
• 1.3 无机-有机杂化材料
• 1.4 溶胀动力学
• 1.4.1 重量法
• 1.4.2 吸水性聚合物中水分子的存在形式
• 1.4.3 溶胀的基本理论
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 本课题研究意义及内容
• 1.6.1 研究意义
• 1.6.2 研究内容
• 1.6.3 课题来源
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验内容和方法
• 2.3.1 样品的制备
• 2.3.2 平衡溶胀度测试
• 2.3.3 溶胀动力学测试
• 2.3.4 复合材料在缓冲溶液中的溶出性能
• 2.3.5 复合材料中氮含量的测定
• 2.3.6 力学性能测试
• 2.3.7 TG测试
• 2.3.8 FT-IR分析测试
• 2.3.9 紫外照射测试
• 2.3.10 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 3 结果与讨论
• 3.1 测试方法对吸水性薄膜材料溶胀行为的影响及机理研究
• 3.1.1 测定方法对吸水性薄膜材料溶胀行为的影响
• 3.1.2 测定方法对吸水性薄膜材料溶胀行为的差异机理研究
• 3.1.3 小结
• 3.2 吸水性薄膜材料初期溶胀行为的定量分析研究
• 3.2.1 吸水性薄膜材料吸水量的曲线拟合
• 3.2.2 吸水性薄膜材料溶胀初期的吸水量对比分析
• 3.2.3 小结
• 2复合材料的平衡溶胀度分析'>3.3 PVA/CH和PVA/CH/SIO₂复合材料的平衡溶胀度分析
• 3.3.1 不同戊二醛含量对PVA/CH复合材料平衡溶胀度的影响
• 3.3.2 PVA/CH复合材料的平衡溶胀度分析
• 2复合材料的平衡溶胀度分析'>3.3.3 PVA/CH/SiO₂复合材料的平衡溶胀度分析
• 3.3.4 小结
• 3.4 复合材料溶胀动力学分析
• 3.4.1 PVA/CH复合材料溶胀动力学分析
• 2复合材料溶胀动力学分析'>3.4.2 PVA/CH/SiO₂复合材料溶胀动力学分析
• 3.4.3 小结
• 3.5 紫外照射对复合材料的溶胀行为影响
• 3.5.1 紫外照射（UV）对PVA/CH复合材料的溶胀行为影响
• 2复合膜的溶胀行为影响'>3.5.2 紫外照射对PVA/CH/SiO₂复合膜的溶胀行为影响
• 3.5.3 小结
• 3.6 复合材料在缓冲液中的溶出分析
• 2复合材料在缓冲液中的溶出行为'>3.6.1 PVA/CH和PVA/CH/SiO₂复合材料在缓冲液中的溶出行为
• 3.6.2 PVA/CH复合材料在缓冲液中的溶出成分分析
• 2复合材料在缓冲液中的溶出成分分析'>3.6.3 PVA/CH/SiO₂复合材料在缓冲液中的溶出成分分析
• 3.6.4 小结
• 3.7 复合材料的热降解性能
• 3.7.1 PVA/CH复合材料的热降解分析
• 2复合材料的热降解分析'>3.7.2 PVA/CH/SiO₂复合材料的热降解分析
• 3.7.3 小结
• 3.8 复合材料的红外光谱（FT-IR）分析
• 3.9 力学性能分析
• 3.9.1 PVA/CH复合材料的力学性能分析
• 2复合材料的力学性能分析'>3.9.2 PVA/CH/SiO₂复合材料的力学性能分析
• 3.9.3 小结
• 3.10 扫描电镜（SEM）分析
• 4 结论
• 参考文献
• 后记
• 附录