聚乳酸膜等离子接枝聚合聚乙烯基吡咯烷酮及表面性能研究_英文_李立华2
聚乳酸PLA、PolylacticAcid完全分解绿色高分子材料
聚乳酸PLA、PolylacticAcid完全分解绿⾊⾼分⼦材料PLA是 Poly lactic Acid 的缩写。
中⽂名称为聚乳酸PLA 的⽣命周期是从植物种植光合作⽤吸收⼆氧化碳释放出氧⽓开始,到植物收割后经过加⼯提取出葡萄糖,到发酵成为乳酸(PLA),之后再⽤聚乳酸原料经过各种⼀般塑料的加⼯⼯艺,如吸塑成型、注塑成型、挤出成型。
等制成格式各样的产品。
产品最终的处理⽅式包或堆肥(最终分解成⼆氧化碳跟⽔,也是植物⽣长的要素)以及透过传统的回收,经特殊技术分离出乳酸后再制成聚乳酸,有别于⼀般的⽯化塑料产品,PLA的循环可以是⽣⽣不息的,因此是理想的绿⾊⾼分⼦材料。
1.由100%可再⽣资源制成的纯PLA⽆毒性、可完全分解。
不同于⼀般所使⽤的塑胶以⽯油为基质,不可再⽣、密度⾼、⽆法⾃然分解。
2.PLA制品适⽤各种废弃物处理⽅式:⾃然分解、堆肥、焚化处理。
产⽣的热量较传统塑胶低,借由光合作⽤可放出吸收后的CO2⽽达成碳中和的效果,减少⼤⽓温室效应。
3.玻璃转化温度Tg 约58~60,在⽣物分解材料中较⾼,但因为是线形结构聚合物,在耐热性和材料强度上的不⾜,因此应⽤端受到限制。
4.可利⽤化合的⽅式结合其他⾼分⼦塑胶原料,以提⾼其性能达到部分产品所需要的机械特性,但是依不同添加物的成分相对会产⽣环保、回收等问题,失去了原来使⽤不具破坏环境材料的⽬的。
5.虽是可以完全分解的聚合物,但在⼀般的⼤⽓环境与储存仓库中并不会进⾏分解,仅在下列皆具备之环境下才会快速进⾏分解反应:充⾜的⽔汽(相对湿度90%以上)充⾜的氧⽓(⾮密闭环境中)适当的温度(58~70)产品应⽤范围有:热成形如冷饮杯盘,双轴延伸薄膜如糖果、花束包材、⾷品包装膜/盒、化妆品包装、及PLA淋膜纸、PLA吸塑包装产品、瓶⼦杯⼦、个⼈卫⽣⽤品、酒店⽤品⼀次性⽛刷杯⼦、化妆品包装、卡⽚⽤板材、PLA 3D打印耗材制作、PLA3D打印丝、⾐物纤维、农业⽣态覆膜,家庭装饰⽤布如沙发、窗帘、寝具,填充物如枕头、棉被、发泡物、⾼净度溶剂。
壳聚糖膜低温等离子体接枝聚合乙烯吡咯烷酮的表面性能研究
的红外光谱在 1 5 c 处出现 了 N 6 0m VP五元环上的 C 特征吸收峰 , 实 了接 枝反应 的发 生 ; ON 证 扫描 电镜观 察表 明接 枝反应使膜的表面粗糙度增加 ; 接触 角测定显示接枝膜的表面水接 触角 由 1 0减 少到 6 。并能长 时间保持稳 定;T3 1。 5, 3
成 纤维细胞培养结果表明接 枝后 壳聚糖膜 的细胞 亲和性得 到一定的改善 。
关 键 词 壳 聚糖 低温等离子体 乙烯基吡咯烷酮 细胞亲和性
S u f S r a e Pr pe t fCh t s n Fim a tPo y e i e t t dy o u f c o r y o io a l Gr f l m r z d wih NVP i va Lo Te p r t r a m a w m e a u e Pl s
TI AN 。Z Ye HOU a g e 。 Ch n rn YANG ui Jl n
( p rme to aeil ce c n g n eig,Jn nUnv ri De a t n fM tra S in ea dEn ie rn ia iest y,Gu n z o 1 6 2 a g h u5 0 3 ) Ab t a t s r c Afe r te td b o tmp r tr ls ,N iy 一 yr l o e ( trp c r ae y lw e eau e pa ma  ̄ vn l p roi n NVP) i g atp lm eie 2 d s rf oy rzd
o t h t s n f m. Th h r c e e k a 6 0 m ,wh c y b u o t e e t n f ON f f e me b r rn n o c i a i o l e c a a t rp a t 1 5 c ih ma e d e t h x e t o C o i m e ig。 v
聚乳酸PLA生物可降解材料ppt课件
认识到了贫困户贫困的根本原因,才 能开始 对症下 药,然 后药到 病除。 近年来 国家对 扶贫工 作高度 重视, 已经展 开了“ 精准扶 贫”项 目
7聚乳酸材料的发展前景
2024/8/6
简而言之:发展前景广阔
国内 追求 国外
环保 绿色 可再生 低能耗 可持续
PLA
17
4PLA的体外降解
聚乳酸的分解有两个阶段:经水解反应分解之后再靠微生物 分解
在自然环境中首先发生水解,通过主链上不稳定的酯键水解 而成低聚物,然后,微生物进入组织物内,将其分解成二氧 化碳和水。在堆肥的条件下(高温和高湿度),水解反应可 轻易完成,分解的速度也较快。在不容易产生水解反应的环 境下,分解过程是循序渐进的。
2 聚乳酸降解概述
2024/8/6
聚乳酸(PLA)属于线型热塑性生物可降 解脂肪族聚酯。
以玉米、小麦、木薯等一些植物中提 取的淀粉为最初原料,经过酶分解得到葡 萄糖,再经过乳酸菌发酵后变成乳酸,然后 经过化学合成得到高纯度聚乳酸。
聚乳酸制品废弃在土壤或水中,47天 内会在微生物、水、酸和碱的作用下彻 底分解成CO2和H2O,成为植物光合作用 的原料,不会对环境产生污染,因而是 一种完全自然循环型的可生物降解材料 。
乳酸大量存在时,会导致人体内环境稳态的丧失,尤其是固有的酸碱平衡将被
打破,轻则代谢紊乱,重则危及生命,因此,人体内必须消除乳酸。 直接氧化分解为CO2和H2O
在氧气充足的条件下,骨骼肌、心肌或其它组织细胞能摄取血液中的乳酸,在 乳酸脱氢酶的作用下,将乳酸转变成丙酮酸,然后进入线粒体被彻底氧化分解 ,生成CO2和H2O,通过呼吸道、大小便、汗液排除体外。
降解的主要方式:本体侵蚀。
PLA材料浸入水性介质中或植人体内后,首先发生材料吸水。 水性介质渗入聚合物基质,导致聚合物分子链松弛,酯键开始初 步水解,分子量降低,逐渐降解为低聚物。
聚吡咯2f聚乳酸电活性复合物制备、表征和生物相容性及研究
摘要在骨种植修复的临床实践中,种植体与骨组织结合的减弱和丧失是绝大多数种植失败的原因。
如何进一步增强种植体骨界面结合强度,实现完善的骨整合,是当前种植体材料设计与改性研究中待解决的问题。
电学微环境是成骨细胞所处的重要微环境之一,模拟骨电环境对骨的再生重建及促进种植体骨整合具有重要意义。
导电高分子材料聚吡咯(Polypyrrole,PPy)具有多种不同于一般医用高分子材料的特殊性质:优异的导电性能,生物相容性良好,对药物可以进行电化学控制释放。
理想的骨内植入材料不但要具有良好的生物相容性和骨诱导活性,而且要求能够在接受外界刺激的同时做出响应,调节细胞的附着、铺展、增殖、分化和矿化。
基于骨种植材料功能化设计的考虑,我们利用化学氧化法制备聚吡咯/聚乳酸(PPy/PLA)电活性复合物。
试图在兼顾种植材料表面的生物相容性、力学稳定性和电活性导电稳定性原则的同时,响应外界微电环境刺激,增进种植体骨界面的化学结合,提高骨种植技术的成功率。
此研究包括五个部分:(1) 设计既可以放置复合材料测试其导电性,又可以将细胞种植在腔内的导电装置,并构建10通道直流电刺激系统。
(2) 采用化学氧化法制备含有10%的PPy/PLA电活性复合物,测试材料表面的微观形貌、化学成分和电导稳定性。
结果显示:PPy微环境形成串分布在PLA中,在1000个小时以上具有良好的导电稳定性。
(3) 运用组织贴块法培养了SD大鼠颅盖骨成骨细胞,并通过形态学观察和Von Kossa染色法鉴定培养的细胞具有成骨细胞的典型生物学行为。
并通过测试1-7代成骨细胞碱性磷酸酶活性得到3-6代成骨细胞最适合体外实验。
(4) 将成骨细胞种植在PPy/PLA复合膜上,通过扫描电镜观察其附着和伸展状态良好。
使用0,12.5,25,50,75,100,125,150,175,200 µA/cm2电刺激种植在PPy/PLA电活性复合物上的成骨细胞,通过MTT法测试得到50和75 µA/cm2是促进细胞增殖的最适合电流值。
聚乳酸共聚物P(DLLA-TMC-GA)的合成及性能研究
聚乳酸共聚物P(DLLA-TMC-GA)的合成及性能研究汶少华;雷亚萍;陈卫星;李永飞【摘要】针对聚乳酸(PLA)材料脆性大的问题,文中采用乙酰丙酮锆((Zr(Acac)4))为催化剂,以熔融聚合的方法合成了一系列单体比例不同的丙交酯-三亚甲基碳酸酯-乙交酯的聚乳酸共聚物(DLTG).对合成的聚合物的结构通过核磁共振(NMR)和红外光谱(FTIR)进行了表征,用粘度法研究了聚合物的分子量,对聚合物的性能采用差示扫描量热分析(DSC)、热重分析(TGA)和X-射线分析(XRD)等进行了分析,并研究了聚合物的形状记忆性能.研究结果表明:聚合物的分子量均在3×104 g·mol-1以上,都呈无规非晶结构且表现出良好的热稳定性和机械性能,聚合物的断裂伸长率均大于200%,韧性得到了显著提高.聚合物在玻璃化转变温度(Tg)以上14~15℃时,具有良好的形状记忆性能.%The research is aimed at solving the problem of the brittleness of PLA.Different monomers of DL-lactide (DLLA),glycolide (GA) and 1,3-trimethylene carbonate (TMC) terpolymers(DLTG) were synthesized by using direct melt polycondensation.Zirconium (Ⅳ) acetylacetonate((Zr(Acac)4)) was used as the catalyst.The chemical structures of terpolymers were confirmed by means of FTIR,1HNMR and 13 CNMR.The thermal and mechanical properties were investigated by the means of DSC,TGA,XRD and stress-strain measurements.In addition,the shape memory property of the terpolymersis was also studied.The results show that the viscosity-average molecular weights of the obtained polymers are all above 3 × 104 g/moland and that all the terpolymers are amorphous,having good thermalstability and mechanical properties.The elongations at break of the polymers are all above 200% and theirtoughness has been significantly improved.It is also found that elongation increases with the decrease of DLLA unit.The terpolymers display a good shape memory property at above 14~15 ℃ in Tg.【期刊名称】《西安工业大学学报》【年(卷),期】2017(037)009【总页数】7页(P658-664)【关键词】丙交酯;乙交酯;三亚甲基碳酸酯;聚乳酸共聚物;形状记忆【作者】汶少华;雷亚萍;陈卫星;李永飞【作者单位】西安工业大学材料与化工学院,西安710021;西安工业大学材料与化工学院,西安710021;西安工业大学材料与化工学院,西安710021;西安工业大学材料与化工学院,西安710021【正文语种】中文【中图分类】TB34骨植入材料是一种常用的医用材料,目前临床上常用的是不锈钢、钛和钛合金及钴基合金等金属材料.这些材料易引发人体组织的炎症反应,且都是永久性植入材料.聚乳酸(Polylactide,PLA)具有高强度、高透明性及良好的生物相容性已被广泛的应用于组织工程支架、药物释放、可吸收手术缝合线等方面[1-3],同时PLA类材料具有特殊的形状记忆效应[4],有望成为新一代骨固定植入体材料.PLA作为骨固定材料,可在体内降解并发生变形,减少伤口面积[5].但PLA的脆性较大,作为植入材料时易发生断裂,极大地限制了它的应用.为了更好的提高PLA的性能,通常将PLA与其他生物可降解单体如三亚甲基碳酸酯(TMC)、乙交酯(GA)、ε-己内酯(ε-CL)等共聚[6].近年来,TMC与DL-丙交酯(DLLA)共聚受到广泛研究.ButtanfocoL[7]等制备了P(DLLA-co-TMC)的共聚物,发现TMC能够改善DLLA的脆性,当DLLA含量为83%时,共聚物可被用作纳米组织工程支架.对于PDLLA类材料的形状记忆性能,文献[8]通过两步法合成了PDLLA基形状记忆聚合物,发现形变温度高于Tg以上20 ℃时,聚合物的形状回复率在95%以上,且随着回复温度升高回复时间减少.文献[9]人通过调节DLLA和TMC的单体比例,通过静电纺丝技术制备了具有形状记忆的PLMC纳米纤维支架.文献[10]研究了P(DLLA-TMC)的共聚物的形状记忆性能,发现共聚物材料有望应用于能够植入到体内的生物可降解的纤维环.文中以高效无毒Zr(Acac)4为催化剂,采用熔融开环聚合方法,制备了不同单体比例的聚乳酸共聚物P(DLLA-TMC-GA)(DLTG),采用红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1HNMR)、核磁共振碳谱( 13CNMR)、差示扫描量热仪(DSC)、同步热分析仪(TGA)、X射线衍射(XRD)等对聚合物结构及性能进行了表征,研究了单体比例对聚合物性能的影响.通过测定聚合物的形变固定率与形变回复率,考察了聚合物的形状记忆性能,为实现性能优异的生物可降解植入材料提供了良好的可能.1 实验部分1.1实验仪器与试剂DL-丙交酯(DLLA,C6H8O4,纯度≥99%)、三亚甲基碳酸酯(TMC,C4H6O3,纯度≥99%)、乙交酯(GA,C4H4O4,纯度≥99%)均购自济南岱罡生物工程有限公司;乙酰丙酮锆(Zr(Acac)4,C20H28O4Zr)购自阿拉丁试剂;三氯甲烷(CCl3,分析纯)、甲醇(CH3OH,分析纯)均购自天津市大茂化学试剂厂.1.2 聚合物合成三元共聚物的合成路线图如图1所示.将不同比例的DLLA、TMC、GA及Zr(Acac)4加入到聚合管内,单体与催化剂的摩尔比为2000∶1,聚合物管持续抽真空充氮气,持续一段时间后,在高真空状态下封管,放入125 ℃的油浴锅中连续反应72 h,待反应完全后,聚合物用三氯甲烷溶解,甲醇沉淀.得到的聚合物样品放入到真空烘箱中室温干燥48 h,即可得到所需聚合物样品.DLLA∶TMC∶GA=85∶10∶5表示为DLTG85105.图1 P(DLLA-GA-TMC)的合成路线图Fig.1 Synthesis of terpolymers P(DLLA-GA-TMC)1.3 表征核磁共振采用ADVANCEIII400 MHz核磁共振谱仪,溶剂为CDCl3,1H·NMR和13C·NMR的参考化学位移分别为δ=7.26×10-6和δ=7.710×10-6.红外光谱分析采用BRUKER型傅里叶红外光谱仪,采用KBr压片,扫描次数为32次,测试范围为4000~500 cm-1.黏度和黏均分子量均采用乌氏粘度计,在25 ℃条件下,以CHCl3为溶剂,测试浓度为0.01 g/dl聚合物的黏度.特性黏度([η])由“一点法”计算公式为[η]=[(ηsp-lnηr)×2](1/2)/c,其中ηr=η/η0,ηsp=ηr-1,η和η0分别为聚合物溶液和溶剂的粘度);黏均分子量由公式计算[11].差示扫描量热仪(DSC)采用梅特勒托利多DSC823e型,连续二次升温.一次升温:-50~220 ℃,10 ℃/min;降温:220~-50 ℃,10 ℃/min;二次升温:-50~220 ℃,10 ℃/min,采用聚合物二次升温曲线.同步热分析仪(TGA)采用梅特勒托利多TGA/DSC1型同步热分析仪,样品质量约为5 mg,以氩气为保护气,0~500 ℃,升温速率为20 ℃/min.X射线衍射仪(XRD)采用日本岛津XRD-6000型,扫描范围为5~50°,扫速为8°/min.聚合物机械性能采用UTM2102型万能拉力试验机进行测试,聚合物样品有效长度为20 mm×5 mm×0.5 mm的矩形样条,在25 ℃条件下,拉伸速度为10mm/min,每种样品测试3个平行样,取平均值.1.4 形变固定率与形变回复率测定聚合物形状记忆性能的好坏通过测定形变固定率与形变回复率值的大小来衡量[12].将聚合物样品加工成40 mm×5mm×1mm的样条,并在中间标注20 mm有效距离,记为L0;将聚合物加热在Tg以上14~15 ℃,并在一定作用力下拉长到一定的长度,冷却至室温,标记部分记为L1;一段时间后,去掉作用力,室温下放置24 h,标记距离记为L2;将样品重新加热到Tg以上14~15 ℃保持5 min,标为L3,其形变固定率和形变回复率计算公式为形变固定率= (L2-L0)/(L1-L0)×100%形变回复率=(L2-L3)/(L2-L0)×100%2 结果与讨论2.1 聚合物的化学结构及分析对于聚合物的微观结构,采用FTIR进行测试分析.不同单体比例的三元共聚物的FTIR图如图2所示.由图2可见,1 758 cm-1处为DLLA、TMC、GA单元上C=O的伸缩振动峰.在1188 cm-1为PDLLA、PGA和PTMC的-C-C-O的不对称伸缩振动峰,1 096 cm-1是PDLLA和PGA的C-O伸缩振动,1 276 cm-1是PTMC的O-C-O,1 383 cm-1是PDLLA的-CH3,1 455 cm-1是PGA的-CH2,865 cm-1是C-C键的伸缩振动峰[13].图2 P(DLLA-GA-TMC)的红外光谱图Fig.2 FTIR spectra of P(DLLA-GA-TMC)为了进一步研究分析聚合物的化学结构,对共聚物进行了 1HNMR和 13CNMR表征.图3是聚合物DLTG751015的1HNMR图谱.峰1(δ=5.17×10-6)处的吸收峰归属于DLLA中-CH的氢原子特征峰,峰5(δ=1.57×10-6)为DLLA单元的-CH3的氢原子特征峰,峰4(δ=2.0×10-6)和峰3(δ=4.2×10-6)分别为TMC中间和旁边的-CH2的氢原子特征峰.峰2为GA单元的-CH2,出现了多重峰,是由于GA单元的活性高于DLLA和TMC,GA可以随机的插入到DLLA与TMC的链段中,使得GA链段上-CH2氢的化学位移受到了DLLA与TMC的影响[14],说明DLTG成功被合成.利用图中的峰面积积分比值来计算聚合物的实际组成[15-16],得DLLA∶TMC∶GA=76∶11∶13,与实际投料比基本相一致.所有聚合物的分子量见表1,聚合物的分子量均在3×104 g·mol-1以上.图3 DLTG751015的 1HNMR图Fig.3 1HNMR spectra of DLTG751015表1 DLTG的化学组成与性能参数Tab.1 Chemical compositions and thermal properties of terpolymers共聚物投料比(mol/mol)η(dl/g)Mη(104g/mol)Tg1a/℃Tg2b/℃Tmc/℃DLTG8510585∶10∶501.4034.70441.7545.08335.81DLTG80101080∶10∶101.0323.08 638.1643.44334.67DLTG75101575∶10∶151.7016.11937.4642.81 332.69DLTG70201070∶20∶101.8907.07136.4242.23344.67DLTG6 0202060∶20∶201.6555.89433.8335.07324.78注: a由DSC测得,b由FOX计算,c由TGA测得.图4为DLTG751015的 13CNMR图,由图4可知,δ(C1)1.688×10-4,δ(C2)1.661 6×10-4,δ(C3)1.541 8×10-4分别对应峰1、峰2和峰3[17],为DLLA、GA、TMC单元上的酯基C对应的化学位移,峰4(δ=6.845×10-5)对应LLA主链上的-CH的碳原子特征峰,峰5(δ=6.423×10-5)为TMC单元上两侧的-CH2的碳原子特征峰,峰6(δ=5.997×10-5)对应的是GA单元上的-CH2的碳原子特征峰,峰7(δ=2.756×10-5)为TMC单元中间的-CH2的碳原子特征峰,峰8(δ=1.64×10-5)对应的是LLA侧链上-CH3的碳原子特征峰.图4 DLTG751015的 13CNMR图Fig.4 13CNMR spectra of DLTG751015不同单体比例DLTG三元共聚物的DSC二次升温曲线图如图5所示,所有共聚物均只出现了一个玻璃化转变,说明文中熔融开环聚合合成的聚合物是无规共聚物,不存在嵌段结构,且共聚物是以非晶态形式存在.随着共聚物中DLLA含量的减少,聚合物的Tg逐渐降低. 为了进一步确定聚合物结构,对于无规共聚物,采用FOX方程对聚合物的Tg进行计算[18],计算结果见表1:1/Tg =Wa/Tga +Wb/Tgb +WcTgcWa、Wb、Wc均为共聚单元在共聚物中的质量分数;Tga、Tgb、Tgc均为对应均聚物的玻璃化转变温度.图5 P(DLLA-TMC-GA)的DSC二次升温曲线图Fig.5 DSC curves of P(DLLA-TMC-GA)图6为共聚物DSC测得的Tg与FOX计算的Tg比较图,结合表1可以看出,DSC测得Tg与FOX计算的Tg值相差均不超过10 ℃,且变化趋势一致,进一步表明聚合物链段以无规结构存在.图6 三元共聚物DLTG的Tg比较图Fig.6 Comparison of Tg of terpolymers experimental data from DSC and calculated values from FOX图7为DLTG的TGA曲线图,得到所有共聚物的分解温度在324.78~344.67 ℃,表现出很好的热稳定性,为材料在室温下的使用提供了良好的可能性.图7 P(DLLA-TMC-GA)的TGA曲线图Fig.7 TGA curves of P(DLLA-TMC-GA) 2.3 聚合物的结晶性能图8为聚合物的XRD曲线图,可以看出所有聚合物样品并未出现较强的衍射峰,共聚物呈现为非晶态结构,说明LLA,GA和TMC单元呈现为无规分子链排列,与上述DSC分析结果一致.图8 P(DLLA-TMC-GA)的XRD曲线图Fig.8 XRD curves of P(DLLA-TMC-GA)文中合成的DLTG聚合物的拉伸强度和断裂伸长率见表2.从表2中可以看出,随着DLLA含量的降低,聚合物的断裂伸长率呈上升趋势.所有聚合物的断裂伸长率均在200%以上,表现出较好的韧性.2.5 聚合物的形状记忆性能形变固定率及形变回复率是衡量聚合物形状记忆性能的主要参数,且形状记忆聚合物的最佳形状回复温度为Tg以上14~15 ℃[19].对不同单体比例聚合物在Tg以上14 ℃的形变固定率及回复率进行了测定,结果见表3.表2 DLTG的力学性能数据Tab.2 Mechanical properties of DLTG聚合物拉伸强度/MPa断裂伸长率/%DLTG851056.13203DLTG8010102.89486DLTG7510155.89575DLTG7 020109.55625DLTG6020204.021245表3 DLTG的形状固定率和形状回复率Tab.3 Shape fixity ratio and shape recovery ratio of DLTG聚合物形变固定率/%形变回复率/%)DLTG85105100.0086.6DLTG80101092.3686.4DLTG75101591.41 87.68DLTG70201096.5890.3DLTG60202085.7358.0由表3可见,除DLTG602020之外,其余DLTG的形变固定率均达到90%以上,表现出很好的形状固定能力,且形变回复率均在85%以上,其中DLTG702010达到90%以上,表现出较好的形变回复能力.DLTG602020的形变固定率和形变回复率分别为85.73%和58%,其形状记忆性能较差,这是由于其Tg较低,将他赋形后,变形温度接近室温25 ℃,因此,DLTG602020在室温下就已发生缓慢变形,从而导致其形变固定率与形变回复率大大降低.图9为DLTG702010在51 ℃(Tg以上14 ℃)下的形变回复过程图.初始时,试样为长条形,在恒温水浴槽51 ℃中施加外力将其加工为螺旋状,并保持此形状和外力迅速冷却到室温,保持5 min后卸载,试样被固定成螺旋状,重新将其放入到51 ℃的恒温水浴槽中,样条在74 s即可回复为原来的长条形.图9 DLTG702010的形状回复过程(51 ℃)Fig.9 Recover process of shape memory DLTG702010 at 51 ℃3 结论1) 文中采用熔融开环聚合方法,以无毒Zr(Acac)4为催化剂,合成了高分子量的DLTG三元无规共聚物,并对共聚物的结构、热稳定性能、结晶性能、机械性能及形状记忆性能进行了测试与分析.2) DLTG的分子量均在3×104 g·mol-1以上,同时随着DLLA含量降低,聚合物的Tg降低,Tg的变化趋势与FOX方程计算的Tg变化趋势相一致.所有DLTG的分解温度都在324.78 ℃以上,表现出很好的热稳定性.3) 聚合物断裂伸长率都大于200%,韧性得到了提高.同时当变形温度在Tg以上14~15 ℃时,DLTG具有较好的形状记忆性能,可作为植入体材料.参考文献:【相关文献】[1] TYSON T,WISTRAND A F,ALBERTSSON A C.Degradable Porous Scaffolds from Various L-Lactide and Trimethylene Carbonate Copolymers Obtained by a Simple and Effective Method[J].Biomacromolecules,2009,10:149.[2] GUO Q L,LU Z Q,ZHANG Y,et al.In Vivo Study on the Histocompatibility and Degradation Behavior of Biodegradable Poly (Trimethylene Carbonate-co-D,L-lactide)[J].Acta Biochim Biophys Sin,2011,43:433.[3] ZHANG K H,WANG H S,HUANG C,et al.Fabrication of Silk Fibroin Blended P(LLA-CL) Nanofibrous Scaffolds for Tissue Engineering[J].Journal of Biomedical Materials Research Part A,2010,93(3):984.[4] XIAO R,YAKACKI C M,GUO J K,et al.A Predictive Parameter for the Shape MemoryBehavior of Thermoplastic Polymers[J].Journal of Polymer Science PART B:Polymer Physics,2016,54(14):1405.[5] WANG T Q,DING J,LI J M,et al.Blends of Poly (d,l-lactide) with Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes-Based Biodegradable Polyester:Synthesis,Morphology,Miscibility,and Mechanical Property[J].Journal of Applied Polymer Science,2014,40776.1.[6] AGARWAL S,PUCHNER M,GREINER A,et al.Synthesis and Microstructural Characterization of Copolymers of L-lactide and Trimethylene Carbonate Prepared Using the SmI2/Sm Initiator System[J].Polymer International,2005(54):1422.[7] BUTTANFOCO L,BOKS N P,BUIJTENHUIJS P E,et al.Porous Hybrid Structures Based onP(DLLA-co-TMC) and Collagen for Tissue Engineering of Small-Diameter BloodVessels[J].Journal of Biomedical Materials Research Part B:AppliedBiomaterials,2006,79B(2):434.[8] LI Y G,WANG Y L,LUO Y F,et al.Synthesis and Characterization of Poly(D,L-lactide)-based Shape Memory Polymers[J].Advanced Materials Research,2009(79/82):271.[9] BAO M,LOU X X,ZHOU Q H,et al.Electrospun Biomimetic Fibrous Scaffold from Shape Memory Polymer of PDLLA-co-TMC for Bone Tissue Engineering[J].Acs Applied Materials & Interfaces,2014,6:2611.[10] SHARIFI S,KOOTEN T G,KRANENBURG H J C,et al.An Annulus Fibrosus Closure Device Based on a Biodegradable Shape-memory Polymer Network[J].Biomaterials,2013(34):8105.[11] 徐晓红.生物可降解聚乳酸及其共聚物的制备与性能研究[D].合肥:安徽大学,2013.XU Xiaohong.Preparation and Properties of Biodegradable Polylactide and Its Copolymers[D].Hefei:Anhui University,2013.(in Chinese)[12] 董文进,姜继森,谢美然,等.形状记忆聚(乳酸-乙醇酸)的制备及性能研究[J].化学学报,2010,68(21):2243.DONG W J,JIANG J S,XIE M R,et al.Preparation and Properties of Shape Memory Poly(l-lactic-co-glycolic acid ) (PLLGA)[J].Acta Chimica Sinica,2010,68(21):2243.[13] DAVACHI S M,J B K ,M J,et al.Investigating Thermal Degradation,Crystallization and Surface Behavior of L-Lactide,Glycolide and Trimethylene Carbonate Terpolymers Used for Medical Applications[J].Materials Science and Engineering,2012(32):98.[14] 袁媛,董建廷,李速明,等.三亚甲基碳酸酯-丙交酯-乙交酯三元共聚物的合成与性能表征[J].复旦学报(自然科学版),2012,51(4):493.YUAN Yuan,DONG Jianting,LI Suming,et al.Synthesis and Properties of Trimethylene Carbonate-L-Lactide-Glycolide Terpolymers[J].Journal of Fudan University (Natural Science),2012,51(4):493.[15] HAN Y,FAN Z Y,LU Z Q,et al.In Vitro Degradation of Poly[(L-lactide)-co-(trimethylene carbonate)] Copolymers and a Composite with Poly[(L-lactide)-co-glycolide] Fibers as Cardiovascular Stent Material[J].Macromol Mater Eng,2012,297:128.[16] SOCKA M,DUDA A,ADAMUS A,et ctide/trimethylene Carbonate Triblock Copolymers:Controlled Sequential Polymerization and Properties [J].Polymer,2016(87):50.[17] PASTUSIAKA M,DOBRZYNSKIA P,JANECAEKA H.Synthesis and Properties of Trimethylene Carbonate/l-lactide Copolymers Obtained with the Use of Zinc-based Initiators[J].ElsevierMaterials Today Communications,2016(7):140.[18] ZINI E,SCANDOLA M.Shape Memory Behavior of Novel (L-Lactide-Glycolide-Trimethylene Carbonate) Terpolymers[J].Biomacromolecules,2007,(8):3661.[19] 鲁玺丽.可生物降解形状记忆聚L-乳酸及其共聚物的结构与性能[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006.LU Xili.Structure and Properties of Bidegradable Shape Memory Poly(L-lactide) and Its Copolymers[D].Harbin:Harbin Institute of Technology,2006.(in Chinese)。
聚乳酸的性能、合成方法及应用
聚乳酸的性能、合成方法及应用一、本文概述聚乳酸(Polylactic Acid,简称PLA)是一种由可再生植物资源(例如玉米)提取淀粉原料制成的生物降解材料,具有良好的生物相容性和生物降解性。
随着全球环保意识的日益增强和可持续发展理念的深入人心,聚乳酸作为一种环保型高分子材料,其研究和应用受到了广泛的关注。
本文将全面介绍聚乳酸的性能特点、合成方法以及在实际应用中的广泛用途,旨在为读者提供关于聚乳酸的深入理解,推动其在各个领域的应用和发展。
本文首先将对聚乳酸的基本性能进行概述,包括其物理性能、化学性能以及生物相容性和降解性等方面的特点。
接着,将详细介绍聚乳酸的合成方法,包括开环聚合和缩聚法等,并分析不同合成方法的优缺点。
在此基础上,文章还将深入探讨聚乳酸在各个领域的应用情况,如包装材料、医疗领域、汽车制造、农业等。
文章还将对聚乳酸的未来发展趋势进行展望,以期为读者提供全面的聚乳酸知识,并为其在实际应用中的创新和发展提供参考。
二、聚乳酸的性能聚乳酸(PLA)作为一种生物降解塑料,具有一系列独特的性能,使其在众多领域中具有广泛的应用前景。
聚乳酸具有良好的生物相容性和生物降解性。
由于其来源于可再生生物质,聚乳酸在自然界中能够被微生物分解为二氧化碳和水,不会对环境造成污染。
这使得聚乳酸在医疗、包装、农业等领域具有广阔的应用空间。
聚乳酸具有较高的机械性能。
通过调整合成方法和工艺条件,可以得到具有优异拉伸强度、模量和断裂伸长率的聚乳酸材料。
这些特性使得聚乳酸在制造包装材料、纤维、薄膜等方面具有显著优势。
聚乳酸还具有良好的加工性能。
它可以在熔融状态下进行热塑性加工,如挤出、注塑、吹塑等,从而制成各种形状和尺寸的制品。
同时,聚乳酸的表面光泽度高,易于印刷和染色,为其在装饰、包装等领域的应用提供了便利。
另外,聚乳酸还具有较好的阻隔性能。
它可以有效地阻止氧气、水分和其他气体的渗透,从而保护包装物品免受外界环境的影响。
PDLLA-PCL共混材料的制备与性能
PDLLA-PCL共混材料的制备与性能阳范文;聂凤明;朱锐钿;田秀梅;陈晓明;周安宏【摘要】以聚乳酸(PDLLA)和聚己内酯(PCL)为原材料,采用熔融共混法制备PDLLA-PCL共混物.采用拉伸试验机、差示扫描量热仪(DSC)、毛细管流变仪和原子力显微镜分别对共混材料的力学性能、热力学性能、流变性能和表面微观形貌进行了分析与表征.研究表明:随着PCL含量增加,共混物的柔韧性提高,拉伸强度逐渐降低,熔融峰向高温方向移动,熔融热焓和结晶热焓增加,表观黏度增大;PDLLA-PCL 共混物制备的薄膜表面平整度优于PDLLA薄膜,当w(PCL) =30%时达到最好.【期刊名称】《功能高分子学报》【年(卷),期】2015(028)002【总页数】6页(P172-177)【关键词】聚乳酸;聚己内酯;共混物;表面形貌;力学性能【作者】阳范文;聂凤明;朱锐钿;田秀梅;陈晓明;周安宏【作者单位】广州医科大学生物医学工程系,广州511436;广州纤维产品检测研究院,广州511440;广州纤维产品检测研究院,广州511440;广州医科大学生物医学工程系,广州511436;广州医科大学生物医学工程系,广州511436;美国犹他州州立大学生物工程系,犹他州娄根市84322,美国【正文语种】中文【中图分类】TQ312.2聚乳酸是一种降解性优异、生物相容性良好的绿色高分子材料,现已在生物医用、包装、农业和食品领域中得以广泛应用[1-3]。
近年来,随着聚乳酸合成技术的进步和发展,其价格逐渐降低,市场竞争能力逐步增强[4]。
将其应用于包装领域,有望替代聚烯烃类、聚酯类等非降解包装材料,是解决“白色污染”的有效手段和重要途径之一[5-7]。
然而,聚乳酸的脆性很大,熔体黏度较低,在实际应用中存在材料脆性大、柔韧性差和加工窗口较窄等问题,在一定程度上限制了其应用。
将聚乳酸与其他可降解材料如与热塑性淀粉[7]、聚己内酯[8-9]、聚乙烯醇[10]、聚丁二酸丁二酯[11]及增塑剂[12]等进行共混,在保持其优异降解性能的同时提高加工性能和改善柔韧性,对于拓展其应用领域具有重要的实用价值。
聚乳酸接枝共聚改性的研究进展
聚乳酸接枝共聚改性的研究进展张世杰(茂名学院化工与环境工程学院,广东茂名525000)摘要:聚乳酸是目前最具竞争力的生物降解高分子材料,但也存在脆性过大、亲水性差、售价太高等明显缺点。
本文综述了近年来以聚乳酸为主链进行的接枝聚合反应。
聚乳酸接枝物的合成,能够明显改善聚乳酸的表面性能。
而且可以在聚乳酸与其他高分子材料的共混体系中发挥明显的增容作用,为新型聚乳酸共混物的制备提供了可能性。
关键词:聚乳酸;接枝共聚Research Progress on Modification of Polylactic Acid by Graft CopolymerizationZHANG Shi-jie(College of Chemical Engineering and Environmental Engineering,Maoming University,Guangdong Maoming525000,China)Abstract:Polylactic acid(PLA)was the most competitive biodegradable polymer.It had some obvious drawbacks such as higher brittleness,bad hydrophilicity and high price.The latest research developments of the graft copolymeriza-tion of polylactic acid main chain were reviewed.The graft copolymer can improve the surface properties of PLA and serve as compatibilizer in PLA blend.The graft copolymer can help to produce new PLA blend.Key words:polylactic acid;graft copolymerization随着人类社会对环保事业的日益重视,在自然状态下短时间内可生物降解的高分子材料,正在逐步进入普通百姓的日常生活。
聚吡咯-分级多孔碳纳米复合材料的制备及其电化学性能
聚吡咯-分级多孔碳纳米复合材料的制备及其电化学性能邬斌洁;程起林;姜立学;李春忠【摘要】以空心介孔硅球为模板,酚醛树脂乙醇溶液为碳源制得了分级多孔碳(HPCs).以酸化处理后的HPCs为载体、对甲苯磺酸(p-TSA)为掺杂剂、三氯化铁(FeCl3)为氧化剂,通过原位化学氧化聚合法制备了聚吡咯-分级多孔碳(PPy-HPCs)纳米复合材料.采用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT IR)、恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等测试技术对复合材料进行了形貌结构和电化学性能的研究.结果表明:聚吡咯成功地包覆在HPCs的表面,随着聚吡咯含量的增加,复合材料的比容量呈现先增大后减小的趋势.当聚吡咯的质量含量为34.9%时,复合材料在电流密度为0.1 A/g时达到最大比容量(316 F/g),在1 A/g的电流密度下循环1 000次后,比容量保持率为95.8%,聚吡咯的引入有效地提高了HPCs电极材料的电化学性能.【期刊名称】《功能高分子学报》【年(卷),期】2013(026)002【总页数】6页(P162-167)【关键词】聚吡咯;分级多孔碳;纳米复合材料;电化学性能【作者】邬斌洁;程起林;姜立学;李春忠【作者单位】华东理工大学材料科学与工程学院,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学材料科学与工程学院,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学材料科学与工程学院,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海200237;华东理工大学材料科学与工程学院,超细材料制备与应用教育部重点实验室,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TB34随着全球经济快速发展所引发的能源消耗、环境污染等问题越来越严重,人类迫切需要一种具有高能量转换效率和高功率密度的能源存储元件。
电化学电容器(即超级电容器)因具有功率密度高、能量转换效率高、循环寿命长、绿色环保、充放电快速[1-5]等优点引起了研究者的广泛关注,目前已经广泛应用于国防科技、通讯技术、交通等领域。
聚吡咯涂层织物的研究进展
1 PPy导电机理
吡咯(Py)单体是一种C、N五元杂环分子,在常温 条件下为无色油状液体,微溶于水,能够溶于醇、苯等 有机溶剂。吡咯单体活化能反应较低,但通过电化学或 化学氧化的方法,单体易聚合成导电高聚物PPy。PPy有 吡咯黑之称,是由Py单体聚合之后生成的黑色固体,它 属于本征型导电聚合物,本身导电性较差,在聚合过程 中,通过合理的电荷转移或者质子酸等掺杂机理,可大 幅度地提高PPy的导电性。
导电聚合物,又称导电高分子,是通过掺杂引入 一价对阴离子(P-型掺杂)或者对阳离子(n-型掺 杂),同时具有高分子链结构的物质。常见的导电高聚 合物有:聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PEDOT)、聚吡咯 (PPy)及其衍生物。其中,导电PPy粉末在1916年就已 经被合成出来,但是人们并没有意识到该物乙腈溶 液中制备出导电率高达100 S/cm、热稳定性良好、机械 性能优异的PPy膜,越来越多的学者才对此展开研究。 PPy良好的导电性、生物相容性以及环境稳定性,使其在 传感器、超级电容器、电磁屏蔽以及生物抗菌性等方面 具有广阔的前景。
2 PPy涂层织物的制备方法 2.1 原位聚合法和模板法
原位聚合法是将织物浸没在某浓度的Py溶液中,充 分浸渍一段时间后,添加氧化剂和掺杂剂,反应过程中 单体Py聚合成PPy附着在织物表面。聚合过程中,单体Py 的浓度、反应时间、反应温度,氧化剂的种类和浓度以 及掺杂剂的种类和浓度都将影响PPy的合成效果。刘元军 等人采用原位聚合法在棉织物上镀PPy制备了导电织物, 探讨了Py浓度、反应时间、反应温度以及摩尔比等因素 对PPy的合成效果的影响,结果表明,随着Py浓度增加, 织物的表面电阻降低;随反应时间的增加,织物的表面
作者简介:刘 皓,男,1997年生,副教授,主要从事智能纺 织品和纳米材料的研究。 通信作者:刘 皓,E-mail:liuhao_0760@。 作者单位:刘 皓,天津工业大学纺织学院、智能可穿戴电子 纺织品研究所、天津工业大学教育部先进复合材料重点实验室; 陈婷婷、赵利端、杨天雨、李晓志,天津工业大学纺织学院。 基金项目:国家自然科学基金面上项目(51473122);中国博士 后科学基金面上资助项目(2016M591390)。
吡咯并吡咯二酮类功能染料研究进展
第十二届全国染料与染色学术研讨会暨信息发布会论文集吡咯并吡咯二酮类功能染料研究进展张冠军王利民‟王爱丽张良余建军(上海市功能性材料化学重点实验室,华东理工大学精细化工研究所,上海200237)摘要:吡咯并吡咯二酮(DPP)类化合物由于其分子结构小、发光性能优异.吸电子特性受到越来越多的关注。
本文综述了近年来DPP结构与性能关系研究,以及其作为小分子、聚合物太阳能电池、域效应晶体管、荧光探针及其他功能染料的应用研究。
DPP结构与发光性能为将来设计更好的生色团具指导意义;其独特的吸电子,低带宽特性使其在聚合物太阳能电池,域效应晶体管中占有重要地位;DPP衍生物具有好的两光子发光特性,使其在两光子染料如两光子荧光探针中具有重要应用前景.未来DPP类化合物在功能染料领域必将受到更广泛的关注。
关键字:DPP;功能染料;聚合物太阳能电池;域效应晶体管;荧光探针.DPP(1,4一Diketopyrrolopyrr01es)结构来自Ciba公司在1983年研制成功的一类全新结构的高性能有机颜料,其分子结构中含有l,4一吡咯并吡咯二酮的结构,称为DPP颜料。
DPP颜料具有颜色鲜艳、耐久性优异、着色强度高、流动性和分散性好、耐酸碱的优点:由于存在分子间氢键,颜料又具有优异的耐溶剂性、耐迁移性和热稳定性,大多数DPP颜料的熔点大于3504C,作为~种高性能有机颜料,被广泛应用于油墨、油漆、涂料、塑料和合成纤维的着色u矗1。
DPP系颜料的发色基团属于交叉共轭型,类似于靛蓝型的H型发色团。
大多数l,4-nil;咯并吡咯二酮颜料的熔点大于350。
C,因之,这类颜料是特别具有高耐热性能的新型有机颜料。
DPP系颜料的作为商品生产的历史不长,在2003年之前,由于专利的保护,只有Ciba公司生产。
DPP系颜料具有着色强度高、色泽鲜艳等特点,此外,还具有在应用介质中流动性好,耐晒牢度、耐气候牢度以及耐热稳定性高等诸多优点,故可与花红颜料、喹吖啶酮红颜料等高性能颜料比肩。
表面接枝聚乙烯吡咯烷酮的聚乳酸纤维改性
表面接枝聚乙烯吡咯烷酮的聚乳酸纤维改性张磊;左丹英;易长海;邹汉涛【摘要】针对聚乳酸(PLA)纤维的强疏水性,对聚乳酸纤维表面接枝聚乙烯吡咯烷酮进行研究.通过万能强力仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜对改性聚乳酸纤维进行力学性能和结构的表征,并对纤维水解质量减少率、改性纤维吸水率和接枝率进行测定.结果显示:碱水解和酸水解之后的聚乳酸纤维均成功地接枝了聚乙烯吡咯烷酮(PVP);但是碱水解的聚乳酸纤维接枝PVP的接枝率低于酸水解的聚乳酸纤维;2种接枝PVP的聚乳酸纤维吸水率明显提高,分别是未改性聚乳酸纤维吸水率6.44倍和8.97倍,但是接枝后聚乳酸纤维的力学性能均下降.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2015(036)005【总页数】5页(P13-17)【关键词】聚乳酸纤维;亲水性改性;聚乙烯吡咯烷酮;吸水率【作者】张磊;左丹英;易长海;邹汉涛【作者单位】武汉纺织大学材料科学与工程学院,湖北武汉430200;武汉纺织大学材料科学与工程学院,湖北武汉430200;武汉纺织大学材料科学与工程学院,湖北武汉430200;广东均安牛仔服装研究院,广东顺德528329;武汉纺织大学纺织纤维及制品教育部重点实验室,湖北武汉430200【正文语种】中文【中图分类】TS195.6聚乳酸(PLA)纤维是具有来源丰富,可生物降解和加工性能优良等特点。
作为一种脂肪族聚酯纤维,聚乳酸(PLA)纤维亲水性差[1],因此,织物吸湿导湿性差,严重影响其在服装、医疗用品等方面的应用[2-3]。
目前国内外对聚乳酸纤维亲水化改性的方法主要有异形截面纤维的制备、聚乳酸和其他亲水性聚合物的双组分纤维的制备、聚乳酸纤维表面化学改性[4-5]。
1995 年,Woo 等[6]利用六次甲基二异氰酸酯扩链剂,首次对聚乳酸进行扩链反应,并取得成功。
Aslan S 等[7]发现PLA-co-PCL共聚物可作为相容剂促进PCL在PLA基体中的分散;并且随着相容剂的添加,得到的共混薄膜的力学性能良好。
聚吡咯涂层织物的介电性能研究
聚吡咯涂层织物的介电性能研究刘元军;李卫斌;赵晓明;武翔【摘要】采用原位聚合法以棉机织物、尼龙为基布,以吡咯为单体,制备了具有良好介电性能的柔性聚吡咯涂层棉织物和聚吡咯涂层尼龙织物,探讨了掺杂剂种类、掺杂剂浓度对聚吡咯涂层棉织物、聚吡咯涂层尼龙织物介电性能和表面电阻的影响.结果表明,掺杂剂对聚吡咯复合材料的介电性能和表面电阻的影响较大.所制备的聚吡咯涂层棉织物、聚吡咯涂层尼龙织物均具备良好的介电性能和导电性,为最终开发出较为实用的多功能吸波复合材料奠定了基础.%Flexible polypyrrole coated cotton fabric and polypyrrole coated nylon fabric with good dielectric property was produced using pyrrole as monomer by in-situ polymerization on cotton fabric and nylon. The influence of the type and concentration of dopants on the dielectric property and surface resistance were discussed. The results showed that dopants have great influence on the dielectric property and surface resistance of polypyrrole coated cotton fabric and polypyrrole coated nylon fabric. The producedpolypyrrole/cotton composite materials and polypyrrole coated nylon fabric show excellent dielectric property and conductivity. This study laid solid foundation of developing more practical multi-function absorbing composite materials.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2018(026)002【总页数】7页(P41-47)【关键词】棉;尼龙;掺杂剂;聚吡咯;涂层;介电性能【作者】刘元军;李卫斌;赵晓明;武翔【作者单位】天津工业大学纺织学部,天津300387;天津工业大学纺织学部,天津300387;天津工业大学纺织学部,天津300387;天津工业大学纺织学部,天津300387【正文语种】中文【中图分类】TB322近年来,纺织物新特性(如导电性)的发展获得了极大的关注[1-3].导电纺织品因其潜在的应用价值引起人们极大的兴趣,例如能量储存、电荷储存(如电容器)、抗静电材料、加热装置、电磁屏蔽、发光二极管(LED)和传感器等[4-10].智能纺织材料可通过使用导电高聚物获得.织物可以简单地使用导电高聚物涂层,导电高聚物可由单体的水溶液使用原位氧化聚合法制得[11-14].涂层过程中氧化剂、单体和掺杂剂的浓度,聚合反应的温度及时间影响了结构次序和掺杂机理[15-19].不同的纺织材料被用于聚吡咯导电纺织品.最常用的化学聚合方法有原位聚合、两步聚合、乳化聚合和气相聚合等[20-22].吡咯单体的氧化电势相对较低,极易被氧化,相对于Ag/Ag+电势为+0.76 V[23-25].吡咯单体在棉、涤纶、尼龙纤维表面通过液体/固体界面吸附作用,使吡咯单体均匀吸附于纤维表面[26-27].本文探讨了掺杂剂对柔性聚吡咯涂层棉织物、聚吡咯涂层尼龙织物表面电阻和介电性能的影响.1 实验1.1 主要材料和试剂纯棉机织物、尼龙均为平纹织物;无水乙醇、三氯化铁、盐酸、硝酸、冰乙酸、对甲苯磺酸等均为分析纯.1.2 制备工艺过程第一步吸附阶段:将棉机织物、尼龙织物置入吡咯的水溶液中,使吡咯单体充分吸附到棉机织物、尼龙织物上.第二步反应阶段:将掺杂剂、氧化剂滴加到吡咯吸附液中,室温反应1.5 h,使吡咯在棉机织物、尼龙织物上发生原位聚合反应生成聚吡咯.第三步水洗阶段:乙醇的水溶液洗、水洗.1.3 测试指标和方法根据SJ 20512—1995《微波大损耗固体材料复介电常数和复磁导率测试方法》标准,在BDS50介电谱仪(该仪器低频只能测到微赫兹量级下的介电常数,频率为0 Hz时的介电常数为外推结果)上进行了介电常数测试.使用U3402A万用电表对聚吡咯涂层棉织物、聚吡咯涂层尼龙织物的表面电阻进行测试.2 结果与讨论2.1 掺杂剂种类对聚吡咯涂层棉织物介电性能的影响本组实验选用5种掺杂剂,固定吡咯浓度为0.3 mol/L,氧化剂三氯化铁与吡咯物质的量比为1∶2,室温反应1.5 h,掺杂剂工艺参数如表1所示.表1 掺杂剂工艺参数表Table 1 The process parameters ofdopantNo.DopantsThecontentofdopant/(mol·L-1)1Ferricchloride0.32Hydrochloricacid0.33Nitricacid0.34Aceticacidglacial0.3 5P-toluenesulfonicacid0.3吡咯是具有共扼结构、支架为C元素和N元素的五元杂环,其中双键由δ电子和π电子构成,如图1所示.π电子类似于金属导体中的自由电子,本征态聚吡咯导电高分子是无缺陷的共扼结构,其导电性较差;要增加聚吡咯导电性,可使共扼结构产生某种缺陷,可以理解为电子给体或受体与聚吡咯共扼高分子作用使导电性增加的过程.图1 聚吡咯结构中的δ键和π键Fig.1 δ bond and π bond of polypyrrole stucture图2~图4是不同种类掺杂剂对聚吡咯涂层棉织物介电常数实部、虚部和损耗角正切值的影响.1—Ferric chloride;2—Hydrochloric acid;3—Nitric acid;4—Acetic acid glacial;5—P-toluene sulfonic acid图2 掺杂剂种类对实部的影响Fig.2 Effect type on the real part of dopants1—Ferric chloride;2—Hydrochloric acid;3—Nitric acid;4—Acetic acid glacial;5—P-toluene sulfonic acid图3 掺杂剂种类对虚部的影响Fig.3 Effect of dopants type on the imaginary part1—Ferric chloride;2—Hydrochloric acid;3—Nitric acid;4—Acetic acid glacial;5—P-toluene sulfonic acid图4 掺杂剂种类对损耗角正切的影响Fig.4 Effect of dopants type on the loss tangent由图2可知:在0~106 Hz内,5种聚吡咯涂层棉织物对应的介电常数实部曲线随频率升高而降低;对甲苯磺酸作为掺杂剂制备的聚吡咯涂层棉织物实部最大,极化能力最强,在0~106 Hz内,介电常数实部的最低值为2.27×106,另外4种掺杂剂制备的聚吡咯涂层棉织物介电常数实部的最高值是1.32×106.由图3可知,随着频率的升高,5种掺杂剂的介电常数虚部值均呈现线性下降的趋势,但整体数值较高,说明聚吡咯涂层棉织物的损耗能力较强.由图4可知,5种掺杂剂所制备的聚吡咯涂层棉织物的微波耦合能力随频率增高而下降,其中对甲苯磺酸实验组数值相对较低,在106 Hz时损耗角正切值为0.408.上述现象可以表明,对甲苯磺酸作为聚吡咯涂层棉织物制备的掺杂剂掺杂效果较好.由图5可知,掺杂剂种类对聚吡咯/棉复合吸波材料的电阻影响较大.对甲苯磺酸和冰乙酸作为掺杂剂制备的聚吡咯/棉复合吸波材料的电阻相对较小,导电性较好;盐酸、硝酸作为掺杂剂制备的聚吡咯/棉复合吸波材料的电阻相对较大,导电性较差.这是因为盐酸、硝酸其酸性较强,聚合物聚吡咯共轭结构被部分破坏,导致聚吡咯链局部规整性较差,电子离域的长度缩短,最终导致导电性能降低.1—Ferric chloride;2—Hydrochloric acid;3—Nitric acid;4—Acetic acid glacial;5—P-toluene sulfonic acid图5 掺杂剂种类对电阻的影响Fig.5 Effect of dopants type on the resistance2.2 掺杂剂用量对聚吡咯涂层棉织物介电性能的影响为探究掺杂剂用量对聚吡咯涂层棉织物介电性能的影响,本组实验选用5种不同浓度的对甲苯磺酸作为掺杂剂,固定吡咯浓度为0.3 mol/L,氧化剂三氯化铁与吡咯物质的量比1∶2,室温反应1.5 h,按表2工艺处方制备样品.图6~图8是不同掺杂剂用量对聚吡咯涂层棉织物介电常数实部、虚部和损耗角正切的影响.由图6可知,掺杂剂用量对介电常数实部的影响较大,总体数值随频率升高而下降,其中掺杂剂用量为0.8 mol/L组的复合材料极化能力最强.由图7可知,掺杂剂浓度不同时,复合材料介电常数虚部随频率增高而不断降低.但当掺杂剂浓度达到1.0 mol/L时,介电常数虚部的数值反而比0.8 mol/L组小,这可能是由于这可能是因为过量质子酸掺杂形成了一些有结构缺陷的聚吡咯,而这种不规则结构的存在导致聚吡咯复合材料的微波损耗能力降低.由图8可知,复合材料的微波耦合能力随频率升高而降低,相对而言,掺杂剂浓度为0.8 mol/L的实验组数值较低,在频率为106 Hz时数值为0.852.表2 工艺参数表Table 2 The processparametersNo.DopantsThecontentofdopant/(mol·L-1)1P-toluenesulfonicacid02P-toluenesulfonicacid0.23P-toluenesulfonicacid0.44P-toluenesulfonicacid0.65P-toluenesulfonicacid0.86P-toluenesulfonicacid1.0图6 掺杂剂用量对实部的影响Fig.6 Effect of dopant content on the real part 图7 掺杂剂用量对虚部的影响Fig.7 Effect of dopant content on the imaginary part由图9可知,掺杂剂用量对电阻影响总体差别不大,随掺杂剂用量增加,复合材料表面电阻降低,复合材料导电性能增强,但数值差异不大.图8 掺杂剂用量对损耗角正切的影响Fig.8 Effect of dopant content on the loss tangent图9 掺杂剂用量对电阻的影响Fig.9 Effect of dopant content on the resistance2.3 掺杂剂种类对聚吡咯涂层尼龙织物介电性能的影响为探究掺杂剂种类对聚吡咯涂层尼龙织物介电性能的影响,本组实验选用5种掺杂剂,固定吡咯浓度为0.3 mol/L,氧化剂三氯化铁与吡咯物质的量比为1∶2,室温反应1.5 h,掺杂剂工艺参数如表1所示.图10~图12是不同掺杂剂对聚吡咯涂层尼龙织物试样介电常数的实部、虚部和损耗角正切值与频率的曲线.由图10可知,仅有对甲苯磺酸作为掺杂剂的复合材料介电常数实部随频率升高而升高,并且数值整体低于其他实验组.在所研究在频率范围内,对甲苯磺酸作为掺杂剂是实验组最大值为2.46.由图11可知,不同种掺杂剂制备复合材料的损耗能力都随频率上升而线性下降,其中对甲苯磺酸作为掺杂剂的实验组的介电常数虚部数值整理不如其他组高,但介电常数虚部最低点为116,说明复合材料仍具有较强的损耗能力.由图12可知,各实验复合材料的微波耦合能力都随频率增高而降低,但在不同频率时数值略有波动.在频率小于70 940 Hz时,对甲苯磺酸作为掺杂剂的复合材料耦合能力最强,而频率大于70 940 Hz 时,则盐酸作为掺杂剂的复合材料耦合能力最强.盐酸掺杂效果大于对甲苯磺酸可能是因为盐酸的解离常数大于对甲苯磺酸,而同时阴离子Cl-比对甲苯磺酸根离子小,因此空间位阻小,易于掺杂.1—Ferric chloride;2—Hydrochloric acid;3—Nitric acid;4—Acetic acid glacial;5—P-toluene sulfonic acid图10 掺杂剂种类对实部的影响Fig.10 Effect of dopants type on the real part1—Ferric chloride;2—Hydrochloric acid;3—Nitric acid;4—Acetic acid glacial;5—P-toluene sulfonic acid图11 掺杂剂种类对虚部的影响Fig.11 Effect of dopants type on the imaginary part1—Ferric chloride;2—Hydrochloric acid;3—Nitric acid;4—Acetic acid glacial;5—P-toluene sulfonic acid图12 掺杂剂种类对损耗角正切的影响Fig.12 Effect of dopants type on the loss tangent由图13可知,盐酸和硝酸作为掺杂剂所制得的样品表面电阻较小,这可能是因为这两种掺杂剂的阴离子较小,其空间位阻较低,易于掺杂,并且聚合得到的聚吡咯链结构缺陷较小,因此复合材料获得较好的导电效果.1—Ferric chloride;2—Hydrochloric acid;3—Nitric acid;4—Acetic acid glacial;5—P-toluene sulfonic acid图13 掺杂剂种类对电阻的影响Fig.13 Effect of dopants type on the resistance2.4 掺杂剂用量对聚吡咯涂层尼龙织物介电性能的影响为探究掺杂剂用量对聚吡咯涂层尼龙织物介电性能的影响,本组实验选用6种不同浓度的对甲苯磺酸作为掺杂剂,固定吡咯浓度为0.3 mol/L,氧化剂三氯化铁与吡咯物质的量比1∶2,室温反应1.5 h,按表2工艺处方制备样品进行各项指标测试.图14~图16是掺杂剂用量对聚吡咯涂层尼龙织物试样介电常数的实部、虚部和损耗角正切值与频率的曲线.图14 掺杂剂用量对实部的影响Fig.14 Effect of dopant content on the real part由图14可知,掺杂剂用量不同对于所制备的复合材料介电常数实部的影响差异较大.在所研究频率范围内,总体趋势随着频率升高而下降.用量最大时复合材料的极化能力相对最差.由图15可知,在在0~106 Hz内,除掺杂剂用量最少的一组,其余实验组对应的介电常数虚部数值都随频率升高而升高.其中用量相对较高的实验组复合材料损耗能力较强.由图16可知,除掺杂剂用量最少的一组外,其余实验组聚吡咯涂层尼龙织物微波耦合的能力影响差异不大,曲线随频率波动但比较靠近.以上现象可能是由于掺杂剂浓度较低时,对吡咯的掺杂不完全,而吡咯是因为掺杂后获得介电性能,因此导致聚合形成的聚吡咯介电性能差.由图17可知,随掺杂剂用量增加,聚吡咯涂层尼龙织物的表面电阻呈下降趋势,这说明掺杂效果较好,且对聚吡咯掺杂确实有利于改善聚吡咯涂层尼龙织物的导电性能.图15 掺杂剂用量对虚部的影响Fig.15 Effect of dopant content on the imaginary part图16 掺杂剂用量对损耗角正切的影响Fig.16 Effect of dopant content on the loss tangent图17 掺杂剂用量对电阻的影响Fig.17 Effect of dopant content on the resistance3 结论1)对甲苯磺酸作为掺杂剂制备的聚吡咯涂层棉织物实部最大,极化能力最强,在0~106 Hz内,介电常数实部最低值为2.27×106,另外4种掺杂剂制备的聚吡咯涂层棉织物介电常数实部最高值为1.32×106.随频率升高,5种复合材料的介电常数虚部值均呈现线性下降趋势,但整体数值较高.掺杂剂种类对聚吡咯涂层棉织物的电阻影响较大.对甲苯磺酸和冰乙酸作为掺杂剂制备的复合材料电阻相对较小,导电性较好.掺杂剂用量对复合材料介电常数实部影响较大,介电常数实部均随频率升高而下降;掺杂剂用量为0.8 mol/L时,介电常数实部最大,复合材料极化能力最强;在0~106 Hz内,复合材料介电常数虚部均随频率增高而降低.掺杂剂用量对电阻影响较小,随掺杂剂用量增加,复合材料表面电阻减小,导电性能增强.2)对甲苯磺酸作为掺杂剂制备的聚吡咯涂层尼龙织物的介电常数实部随频率升高而升高,并且数值整体低于其他实验组.不同种掺杂剂制备复合材料的损耗能力都随频率上升而线性下降.其中,对甲苯磺酸作为掺杂剂的实验组的介电常数虚部数值整理不如其他组高,但介电常数虚部最低点为116.盐酸和硝酸作为掺杂剂制得的聚吡咯涂层尼龙织物的表面电阻较小.掺杂剂用量不同对于所制备的复合材料介电常数实部的影响差异较大.在所研究频率范围内,总体趋势随着频率升高而下降.用量最大时,复合材料的极化能力相对最差.其中,用量相对较高的实验组复合材料损耗能力较强.随掺杂剂用量增加,聚吡咯涂层尼龙织物的表面电阻呈下降趋势.参考文献:[1] 刘亚赛,丁辛,刘连梅,等. 基于聚吡咯/棉织物电极的超级电容器固态电解质的研究[J]. 东华大学学报(自然科学版),2014, 40(6): 706-711.LIU Yasai, DING Xin, LIU Lianmei, et al. Research on the solid electrolyte for supercapacitor with polypyrrole/cotton electrodes [J].Journal of Donghua University(Natural Science), 2014, 40(6): 706-711.[2] 朱航悦,赵亚萍,陈琛,等. 原位界面聚合法制备聚吡咯/棉织物导电复合材料[J]. 表面技术,2015, 44(2): 73-77.ZHU Hangyue, ZHAO Yaping, CHEN Zhen, et al. Preparation of polypyrrole/cotton flexible conductive composite materials by an in-situ interfacial polymerization method [J]. Surface Technology, 2015, 44(2): 73-77.DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2015.02.014[3] 王秀昀,聂浩宇,阚丽丽,等. 聚吡咯导电薄膜原位聚合工艺的研究[J]. 化工新型材料,2014, 42(11): 184-185.WANG Xiujun, NIE Haoyu, KAN Lili, et al. Process of conductive polypyrrole film by in situ polymerization [J]. New Chemical Materials, 2014, 42(11): 184-185.[4] 刘元军,赵晓明,拓晓. 石墨/碳化硅/铁氧体涂层复合材料性能研究 [J]. 材料科学与工艺,2016,23(6):1-6.LIU Yuanjun, ZHAO Xiaoming, TUO Xiao. Study on the property of graphite/silicon carbide/ferrite composite coating materials[J].Materials Science & Technology, 2016,23(6):1-6.DOI: 10.11951/j.issn.1005-0299.20160115[5] 刘元军,赵晓明,李卫斌. 吸波材料研究进展[J]. 成都纺织高等专科学校学报,2015,32(3):23-29.LIU Yuanjun, ZHAO Xiaoming, LI Weibin. The progress of the research on absorbing material [J].Journal of Chengdu Textile College, 2015,32(3):23-29.[6] 刘元军,赵晓明,梁腾隆. 聚苯胺复合材料的介电性能研究[J]. 材料导报,2016,30(增刊2):304-307.LIU Yuanjun, ZHAO Xiaoming, LIANG Tenglong. Research on the dielectric properties of the polyaniline composite material[J]. Materials Review, 2016,30(Suppl 2):304-307.[7] 刘顾,汪刘应,程建良,等. 碳纳米管吸波材料研究进展[J]. 材料工程,2015(1): 104-112.LIU Gu, WANG Liuying, CHENG Jianliang, et al. Progress in research on carbon nanotubes microwave absorbers [J].Journal of Materials Engineering, 2015(1): 104-112.DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2015.01.018[8] 苏艳丽,黄鹤. 巨介电陶瓷CaCu3Ti4O12/聚合物复合材料研究进展[J]. 材料工程,2014(2): 94-98.SU Yanli, HUANG He. Advances on the study of giant dielectric constantCaCu3Ti4O12/polymer composites [J]. Journal of Materials Engineering, 2014(2): 94-98.DOI:10.3969/j.issn.1001-4381.2014.02.018[9] 孙莉莉,钟艳莉. 碳纳米纤维/高密度聚乙烯复合材料结晶行为和介电性能的研究[J]. 材料工程,2014(4): 17-22.SUN Lili, ZHONG Yanli. Crystallization and dielectric properties of carbon nanofiber/high-density polyethylene composites [J]. Journal of Materials Engineering, 2014(4): 17-22.DOI:10.3969/j.issn.1001-4381.2013.04.004[10] 刘渊,刘祥萱,王煊军. 铁氧体基核壳结构复合吸波材料研究进展[J]. 材料工程,2014(7): 98-106.LIU Yuan, LIU Xiangxuan, WANG Xuanjun. Research progress in ferrite based core-shell structured composite microwave absorb materials [J].Journal of Materials Engineering, 2014(7): 98-106.DOI: 10.11868/j.issn.1001-4381.2014.07.018[11] 钟旭佳,高晓丁,李阳. 多壁碳纳米管/聚吡咯导电复合材料的制备及性能[J]. 机械工程材料,2015, 39(2): 30-33.ZHONG Xujia, GAO Xiaoding, LI Yang. Synthesis and properties of electrical multi-walled carbon nanotube/polypyrrole electrical conductive composites [J]. Materials for Mechanical Engineering, 2015, 39(2): 30-33. [12] 宋洪松,赵天宇,杨程. 表面处理对CCTO/PVDF复合材料介电性能的影响[J]. 材料工程,2014(8): 27-31.SONG Hongsong, ZHAO Tianyu, YANG Cheng. Effect of surface treatment on dielectric properties of CCTO/PVDF composites [J]. Journal of MaterialsEngineering, 2014(8): 27-31.DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2014.08.005[13] 李永舫. 导电聚吡咯的研究[J]. 高分子通报,2005(4): 51-57.LI Yongfang. Studies on conducting polypyrrole [J]. Polymer Bulletin, 2005(4): 51-57.DOI:10.14028/ki.1003-3726.2005.04.007[14] 吴小华,康秋红,钱方明,等. 聚吡咯/纳米SiO2复合材料的制备及氧化性能[J]. 高分子学报,2015(5): 596-601.WU Xiaohua, KANG Qiuhong, QIAN Fangming,et al. Preparation and oxidative property of polypyrrole/nano SiO2 composite [J]. Acta Polymerica Sinica, 2015(5): 596-601.DOI: 10.11777 /j.issn.1000-3304.2015.14401[15] 于波,徐学诚. 聚吡咯结构与导电性能的研究[J]. 华东师范大学学报(自然科学版),2014(4): 77-87.YU Bo, XU Xuecheng. Structure-conductive property relationship of polypyrrole [J]. Journal of East China Normal University(Natural Science), 2014(4): 77-87.DOI: 10.3969/j.issn.1000-5641.2014.04.010[16] 孟婷婷. 掺杂聚吡咯的合成及其电化学性质研究[D]. 新乡:河南师范大学,2012.[17] 高敬伟. 多形态聚吡咯的制备与吸波性能研究[D]. 上海: 东华大学,2010.[18] 尹五生. 聚吡咯导电材料合成方法的进展[J]. 功能材料,1996(2): 2-7.YIN Wusheng. Progress in the synthetic methods of polypyrrole conducting materials [J].Journal of Functional Materials, 1996(2): 2-7.[19] XU J, WANG D X, YUAN Y, et al. Polypyrrole-coated cotton fabrics for flexible supercapacitor electrodes prepared using CuO nanoparticles as template [J]. Cellulose, 2015, 22 (2): 1355-1363.[20] 韩永芹,郭义,申明霞,等. 片状聚吡咯/氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能[J]. 功能材料,2015, 46(4): 4046-4050.HAN Yongqin, GUO Yi, SHEN Mingxia, et al. Preparation and electrochemical performances of mciro-sheet polypyrrole/graphene oxide composties [J]. Journal of Functional Materials, 2015, 46(4): 4046-4050. [21] 刘元军,赵晓明,拓晓,等. 聚吡咯吸波材料性能探讨[J]. 成都纺织高等专科学校学报,2015,32(4):60-64.LIU Yuanjun, ZHAO Xiaoming, TUO Xiao, et al. The discussion of the performance on the polypyrrole absorbing material[J].Journal of Chengdu Textile College, 2015,32(4):60-64.[22] 张国标,姚伯龙,齐家鹏,等. 纳米纤状聚吡咯导电涂料的制备与性能研究[J]. 涂料工业,2014, 44(1): 1-6.ZHANG Guobiao, YAO Bolong, QI Jiapeng,et al. Synthesis and properties of polypyrrole nanofibre conductive coating [J]. Paint & Coatings Industry, 2014, 44(1): 1-6.[23] 康永,黄英. 不同表面处理剂对M型掺杂锶铁氧体(SiLaxFe12-xO19(x=0.5))/聚吡咯(PPy)的吸波性能影响分析[J]. 材料导报,2014, 28(24): 1-4. KANG Yong, HUANG Ying. Analysis of wave absorbing performance of M-type SiLaxFe12-xO19(x=0.5)/PPy synthesized by different surfactants [J]. Materials Review, 2014, 28(24): 1-4.DOI: 10.11896/j.issn.1005-023X.2014.24.001[24] 赵海涛,刘瑞萍,李成吾,等. 聚吡咯/Ni0.5Zn0.5Fe2O4复合物的合成与表征[J]. 材料工程,2014(12): 18-22.ZHAO Haitao, LIU Ruiping, LI Chengwu, et al. Synthesis and characterization of polypyrrole/Ni0.5Zn0.5Fe2O4 composites [J]. Journal of Materials Engineering, 2014(12): 18-22.DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2014.12.003[25] 高敬伟,姚寅芳,黄梦龙,等. 十二烷基苯磺酸钠掺杂的聚吡咯吸波性能研究[J]. 材料导报,2010, 24(24): 9-12.GAO Jingwei, YAO Yanfang, HUANG Menglong, et al. Microwave absorption properties of doped polypyrrole with sodium dodecyl benzene sulfonate [J]. Materials Review, 2010, 24(24): 9-12.[26] 柯强,陈松,刘松,等. 石墨烯片/聚吡咯复合材料的制备与防护性能[J]. 腐蚀与防护,2014, 35(10): 997-1001.KE Qiang, CHEN Song, LIU Song, et al. Preparation and protection properties of graphene sheets/polypyrrole composites [J]. Corrosion & Protection, 2014, 35(10): 997-1001.[27] 王华. 聚吡咯涂层的制备及耐腐蚀性能研究[J]. 表面技术,2015, 44(3): 111-115.WANG Hua. Preparation and corrosion performance of polypyrrole film [J]. Surface Technology, 2015, 44(3): 111-115.DOI: 10.16490 /ki.issn.1001-3660.2015.03.019。
乙烯吡咯烷酮对PET薄膜的表面接枝改性
乙烯吡咯烷酮对PET薄膜的表面接枝改性王春莲;孟宪辉;赵丽娜;陈浩;杨小牛;王继库【摘要】利用低温等离子体和UV诱导技术,制备具有较高生物相容性和亲水性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)-聚乙烯吡咯烷酮(PNVP)复合膜.利用衰减全反射傅里叶红外光谱(ATR-FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)对PET-PNVP复合膜表面的结构形态进行了系统表征,对影响接枝度的因素如引发剂浓度、UV辐射时间、单体浓度也做了系统分析.润湿性分析结果表明,接枝PNVP的PET膜表面亲水性得到了有效改善.体外血液相容性实验表明PET PNVP复合膜具有较好的血液相容性.噻唑蓝比色法(MTT法)细胞毒性实验表明,PET-PNVP复合膜没有细胞毒性.【期刊名称】《功能高分子学报》【年(卷),期】2014(027)001【总页数】9页(P83-91)【关键词】表面改性;聚对苯二甲酸乙二醇酯;N-乙烯基吡咯烷酮【作者】王春莲;孟宪辉;赵丽娜;陈浩;杨小牛;王继库【作者单位】吉林师范大学化学学院,环境友好材料制备与应用省部共建教育部重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学化学学院,环境友好材料制备与应用省部共建教育部重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学化学学院,环境友好材料制备与应用省部共建教育部重点实验室,吉林四平136000;吉林师范大学化学学院,环境友好材料制备与应用省部共建教育部重点实验室,吉林四平136000;中国科学院长春应用化学研究所,高分子物理与化学国家重点实验室,长春130022;吉林师范大学化学学院,环境友好材料制备与应用省部共建教育部重点实验室,吉林四平136000【正文语种】中文【中图分类】O631.5聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜是一种无色透明、高绝缘、具有良好热稳定性的聚酯薄膜,被广泛地用于保护膜、包装等工业领域[1];同时由于自身的物理力学性能、化学稳定性和无生物毒性,在医用介入导管和人工韧带等医用材料方面也越来越受到关注[2]。
【材料学论文】聚乳酸-乙醇酸(PLGA)的合成工艺及结构性能研究(精彩论文,免费分享!)
学位论文作者签名: 导师签名:
签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日
聚乳酸-乙醇酸(PLGA)的合成工艺及结构性能研究
摘要
以 L-乳酸(L-LA)和乙醇酸(GA)(摩尔比 20∶80)为原料,在 170℃、系统压力 小于 70Pa 下反应 10h,直接熔融聚合合成乳酸-乙醇酸共聚物(PLGA),研究了催化剂种 类﹑催化剂用量﹑复配催化剂比例以及抗氧剂用量对乳酸乙醇酸共聚物的特性粘数和产 物色相的影响。结果表明,催化条件 SnCl2/PLGA=0.4w%,SnCl2/TSA=1∶1 时,产物的 特性粘数较高,为 0.352dL/g,但产物的颜色较深,加入适量的抗氧剂 1010 后,产物色泽 得到明显改善,但特性粘数较加入前有所降低。用 IR 和 NMR 手段表征产物结构,证明 二者聚合后为共聚物,并非各自的均聚物,且共聚产物中乙醇酸比例大于投料值;用 DSC 和 X-射线衍射分析其热性能及其结晶性,结果表明 PLGA(20∶80)为非结晶高聚物。
关键词:L-乳酸;乙醇酸;聚乳酸-乙醇酸(PLGA);熔融缩聚;固相聚合;扩链反应
I
THE SYNTHESIS OF POLY(LACTIC ACID-GLYCOLIC ACID)( PLGA) AND STUDY ON ITS STRUCTURE AND PROPERTIES
Abstract
Poly(lactic acid-glycolic acid)(PLGA) was synthesized through direct melt copolycondensation for 10h at 170℃ and absolute pressure of 70Pa with L-lactic acid(LA) and glycolic acid(GA)(molar ratio of 20 to 80)as raw materials. The effect of kind of catalyst、 quantity of catalyst and the ratio of composite catalyst on the [η] and color of the product was investigated, the results showed that the catalytic conditions SnCl2/PLGA=0.4w%,SnCl2/TSA=1∶1, a product of high viscosity(0.352dL/g) was obtained with deeper color,and the color of the product was improved by adding appropriate amount of antioxidant 1010, but the viscosity lower than the pre-accession.The structure of PLGA was characterized by IR and NMR, the results proved that the product is a copolymer, but not their homopolymer, and the ratio of glycolic acid in the copolymer is greater than in the materials; By DSC and X-ray diffraction analysis of its thermal properties and its crystalline, the results showed that the PLGA (20∶80) is a non-crystalline polymers.
大气压等离子体射流对PLLA纤维膜表面改性方法的研究
大气压等离子体射流对PLLA纤维膜表面改性方法的研究田振华;程军杰;周熟能;郭飞;文莉;王海;褚家如;邹纲【摘要】左旋聚乳酸(PLLA)以其优异的生物可降解性能和良好的力学性能在组织工程中得到了广泛的应用.其中,PLLA纤维膜多孔结构模拟了天然细胞外基质,因而引起了广泛关注.然而,PLLA纤维膜的疏水性能使其细胞亲和力较差,进而限制了它与生物环境的相互作用.大气压等离子体射流(AP-PJ)是一种有效的表面改性工具,具有结构简单、成本低和操作灵活等优点.研究使用静电纺丝法成功制备了平均纤维直径为1184 nm的PLLA纤维膜,并通过He/O2 APPJ对PLLA纤维膜进行表面改性,大幅提高了材料表面的亲水性和细胞亲和力.在改性前后的PLLA纤维膜上培养小鼠成肌细胞C2C12,结果表明,改性后的PLLA纤维膜更有利于细胞的增殖和生长.研究结果在组织工程和生物医学工程中具有重要的应用前景.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2019(000)007【总页数】5页(P62-66)【关键词】PLLA纤维膜;大气压等离子体射流;表面改性;亲水性;细胞亲和力;生物医学工程【作者】田振华;程军杰;周熟能;郭飞;文莉;王海;褚家如;邹纲【作者单位】中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230027;中国科学技术大学高分子科学与工程系,安徽合肥 230026;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230027;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230027;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230027;安徽工程大学机械与汽车工程学院,安徽芜湖 241000;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230027;中国科学技术大学高分子科学与工程系,安徽合肥230026【正文语种】中文【中图分类】TB39组织工程是研究开发用于修复人体组织或受损器官的一门新兴学科。
PLA大分子单体与NVP接枝共聚物的初步研究
第27卷第1期2006年2月 暨南大学学报(自然科学版) Journal of J inan University (Natural Science ) Vol .27No .1 Feb .2006[收稿日期] 2004-11-26[基金项目] 国家自然科学基金(30500128)、广东省自然科学基金博士科研启动基金(04300673)资助项目[作者简介] 罗丙红(1975-),女,讲师,博士,研究方向:生物医用材料P LA 大分子单体与NVP 接枝共聚物的初步研究罗丙红, 周长忍, 缪 婧, 李立华, 邓倩莹(暨南大学理工学院生物材料研究室,广东广州510632)[摘 要] 以辛酸亚锡为催化剂,甲基丙烯酸羟乙酯(HE MA )为共引发剂引发消旋-丙交酯(D,L -LA )开环聚合,制备了末端双键功能化的聚乳酸大分子单体(P LA -HE MA );在此基础上,考察了大分子单体与N -乙烯基吡咯烷酮(NVP )的溶液自由基共聚合反应,并初步研究了共聚单体摩尔比和P LA 支链长度对合成的两亲性接枝共聚物性能的影响.结果表明,随大分子单体投料量和P LA 支链长度增大,共聚物膜的拉伸强度和模量增大,而亲水性有所下降.[关键词] 聚乳酸; 大分子单体; N -乙烯基吡咯烷酮; 接枝共聚物; 两亲性[中图分类号] T B39 [文献标识码] A [文章编号] 1000-9965(2006)01-0103-05Preli m i n ary study on the graft copolym ers of poly(D ,L -l acti de)macro m ono m ers and N -v i n yl pyrroli doneLUO B ing 2hong, ZHOU Chang 2ren, M I A O J ing, L IL i 2hua, DE NG Q ian 2ying(B i omaterials Research Laborat ory,I nstitute of Science and Technol ogy,J inan University,Guangzhou 510632,China )[Abstract] Poly (D,L -lactide )macr omonomers with the functi onal end double bond were first p repared by bulk ring -opening poly merizati on of D,L -lactide (D,L -LA )using stannous 2-ethyl hexanoate (Sn (Oct )2)as a catalyst,and 2-hydr oxyethyl metha 2crylate (HE MA )as a co -initiat or .Then,the a mphi philic graft copoly mers fr om macr o 2monomers and N -vinyl pyrr olidone (NVP )were obtained by s oluti on free radical copoly 2merizati on,the effects of the co -monomer molar rati o and the length of the polylactide (P LA )branched chain on the p r operties of the copoly mers were p reli m inary studied .Re 2sults showed that the tensile strength and modulus of the copoly mer me mbrane increased,while the hydr ophilicity was s ome what decreased with increasing molar content of macr o 2monomer and the length of P LA branched chain .[Key words] polylactide (P LA ); macr omonomer; N -vinyl pyrr olidone (NVP ); graft copoly mer; amphi philc 聚乳酸(P LA )因其良好的生物相容性、可降解吸收性以及优良的力学性能,在外科缝合线、药物控释体系、骨折内固定和组织再生等方面已有大量应用,尤其是作为组织工程支架材料近年来更得到了广泛应用[1].但P LA 材料表面的疏水性强,严重影响了其与细胞的亲和性,从而不利于细胞的黏附和生长.国内外在提高P LA 材料的亲水性方面开展了不少研究工作[2-4];然而,由于P LA 分子结构中不存在双键以及别的可反应性官能团,故很难直接通过常规的化学聚合方法在P LA 分子链中引入其它链段来改善材料的亲水性.本实验首先利用烯类单体甲基丙烯酸羟乙酯(HE MA )的末端羟基引发消旋-丙交酯(D,L -LA )开环聚合,制备了末端双键功能化的聚乳酸大分子单体(P LA -HE MA ).考虑到聚乙烯基吡咯烷酮(P VP )为一种水溶性高分子,生理相容性好,在生物医药领域已有大量应用[5].为此,本实验进一步研究了聚乳酸大分子单体与N -乙烯基吡咯烷酮(NVP )的共聚合反应,合成了具有不同组成的P LA -P VP 两亲性接枝共聚物,并初步考察了共聚单体组成与P LA 支链长度对共聚物性能的影响,为该共聚物在组织工程中的应用及其后续研究提供实验依据.1 材料与方法1.1 原料和试剂D,L -LA ,北京元生融科技公司产品,经乙酸乙酯多次重结晶纯化;HE MA (F LUK A 公司),用前经减压蒸馏;NVP (ACROS ORG AN I CS 公司),用前经减压蒸馏;Sn (Oct )2,上海双香助剂厂,使用前经减压蒸馏;偶氮二异丁腈(A I B N ),上海市四赫维化工有限公司;乙酸乙酯、正己烷、四氢呋喃、二噁烷、甲醇均为AR,广州化学试剂厂产品.1.2 大分子单体的制备采用本体封管聚合方法制备.将单体D,L -LA 和HE MA 按一定摩尔比[r (D,L -LA )/r (HE MA ):50/1、80/1]加入到安瓿瓶中;催化剂Sn (Oct )2用量为单体总质量的0.03%;加入微量的氢醌,以阻止HE MA 均聚.抽真空脱去溶剂、水分和氧后,熔封反应瓶,于130℃真空烘箱里反应12h .粗产物经四氢呋喃溶解,蒸馏水沉淀纯化.产物于40℃减压干燥至恒重.反应过程如下:1.3 两亲性接枝共聚物的合成采用自由基溶液聚合方法制备.将一定质量的大分子单体完全溶解于二噁烷,在电磁搅拌下,再依次加入单体NVP 和引发剂A I B N,水浴加热,在70℃下、通N 2反应10h .将聚合物溶液逐滴加入到大量的蒸馏水中,所得沉淀在电磁搅拌下,继续用蒸馏水浸泡24h,以去除水溶性的P VP 均聚物.共聚产物经真空干燥至恒重.反应过程如下:401暨南大学学报(自然科学版)2006年 1.4 测试与表征红外光谱(FT -I R ):德国B ruker 公司E QU I N OX 55型傅立叶变换红外光谱仪,在硅片上涂膜制样,氯仿为溶剂.氢谱(1H NMR ):德国B ruker 公司UX -400型核磁共振仪,T MS 为内标,CDCl 3为溶剂.表面接触角:以氯仿为溶剂,通过溶液浇铸法在载玻片上成膜.选取平整的共聚物膜,用表面接触角测定仪进行多点测试(CAM -P LUS 接触角测定仪,德国T ANTEC 公司).拉伸性能:以氯仿为溶剂,通过溶液浇铸法在PTFE 板上成膜.将共聚物膜裁成30mm ×10mm 的片状;通过电子万能试验机(SH I M ADZ UAG I 型,日本岛津公司)室温下测试膜片的拉伸强度,加载速率为20mm /m .2 结果与讨论2.1 大分子单体的结构图1为不同组成大分子单体的I R 谱.图1中2996c m -1和2948c m -1为C —H 伸缩振动峰,1756c m -1处为P LA 链段上的酯羰基的特征吸收[6];1640c m -1处归属于HE MA 单元中的C C 双键振动峰,随D,L -LA 与HE MA 单体的投料摩尔比增大,该吸收峰的强度有所减弱. 图2为不同组成大分子单体的1H NMR 谱.其中,δ值为5.2和1.6处分别为P LA 链段上的次甲基和甲基的质子共振峰;δ值为1.9、4.3、5.6、6.1等处的弱峰分别归属于HE MA 单元中的甲基、乙氧基中两个亚甲基和双键上亚甲基的质子共振[7-8].从图中放大的双键上亚甲基的质子共振峰可看出,随D,L -LA 与HE MA 单体的投料摩尔比增大,共振峰的强度下降.这表明大分子单体中P LA 链段的长度随r (D,L -LA )/r (HE MA )单体投料比增大而增大,末端HE MA的相对含量则相应减小.2.2 两亲性接枝共聚物的结构图3和4分别为不同组成大分子单体与NVP 反应所得共聚物的红外谱图.从图3、4中可观察到,采用具有不同链段长度P LA 的大分子单体与NVP 反应所得共聚物的红外特征峰基本相同.与相应大分子单体的红外谱相比较可看出,大分子单体在1640c m -1处对应于HE MA单元中的C C 双键的振动峰在共聚物谱图中消失,而在波数为1678c m -1左右出现了一新的吸收峰,该峰应为共聚物中P VP 链段上酰胺基团中的羰基伸缩振动吸收;随MC 与NVP 投料501第1期 罗丙红,等: P LA 大分子单体与NVP 接枝共聚物的初步研究 比增大,1678c m -1吸收峰的强度逐渐减弱.谱图结果表明,在实验条件下,大分子单体与NVP 通过自由基共聚合反应,生成了主链亲水、侧链为疏水P LA 链段的两亲性共聚物;且随MC 与NVP 投料比增大,亲水性P VP 链段的相对含量下降.2.3 两亲性接枝共聚物的性能图5和6分别为不同组成大分子单体与NVP 反应所得共聚物膜的拉伸强度和拉伸模量.从两图可看出,随投料比r (MC )/r (NVP )增大,两组共聚物膜的拉伸强度和模量开始均逐渐增大,但当r (MC )/r (NVP )高于20/80后,共聚物膜的拉伸强度和模量增大不明显,甚至有所下降.究其原因,可能是由于大分子单体中含有较长的P LA 链段,其力学性能良好,但也增大了末端双键之间反应的空间位阻,故大分子单体的均聚反应几率较小,而与小分子单体NVP 共聚反应的几率相应较大,共聚物中的NVP 单元或P VP 链段起了间隔基的作用,使共聚物中P LA 支链之间的空间增大,位阻下降,共聚物容易形成.起始随投料r (MC )/r (NVP )比增大,共聚物分子中P LA 支链的相对含量增大,故共聚物膜的强度和模量相应增大;但随着投料r (MC )/r (NVP )比的进一步增大,体系中NVP 的含量减少,大分子单体与NVP 共聚反应几率下降,共聚物中P LA 支链之间的空间位阻增大,共聚物分子链的增长受到阻碍,所得共聚物的相对分子质量较低,故共聚物膜的强度和模量反而有所下降.但这仍需进一步实验证实. 比较图5和6的曲线(a )和(b )可看出,保持投料r (MC )/r (NVP )比不变,采用MC (80/1)所得共聚物膜的拉伸强度和模量均显著大于相应的MC (50/1)组.这是因为采用MC (80/1)601暨南大学学报(自然科学版)2006年 与NVP 反应,所得共聚物分子中的P LA 支链的长度较大,故力学性能较好所致. 图7 MC 与NVP 共聚产物的表面接触角 图7为不同组成大分子单体与NVP 反应所得共聚物膜的表面接触角.从图7中可看出,随投料r (MC )/r (NVP )比增大,两组共聚物膜的表面接触角均逐渐增大;采用相对分子质量较大的MC (80/1)所得共聚物膜的表面接触角显著大于相应的MC (50/1)组.液滴表面接触角可用来表征材料亲水性的好坏,表面接触角越小,材料的亲水性越好,液滴易于在材料表面铺展.图7中结果表明,随投料MC /NVP 比增大,共聚物中较为疏水的P LA 链段的含量增加,而亲水性P VP 链段的含量则相对下降,故共聚物膜的亲水性下降;增大MC 的相对分子质量,对应共聚物分子中疏水性P LA 支链的长度增大,共聚物膜的亲水性也相应有所下降.[参考文献][1] CHE N G P,US H I D A T,T ATE I SH I T .Preparati on of poly (L -lactic acid )and poly (DL -lactic -co -gly 2colic acid )f oa m s by use of ice m icr oparticulates[J ].B i omaterials,2001,22:2563-2567.[2] WON C Y,CHU C C,LEE J D.Synthesis and characterizati on of bi odegradable poly (L -as partic acid -co -PEG )[J ].J Poly m Sci,Poly m Che m,1998,36:2949-2959.[3] CA IQ ing,ZHAO You -liang,BE I J ian -zhong,et al .Synthesis and p r operties of star -shaped polylactideattached t o poly (a m idoa m ine )dendri m er[J ].B i omacr omolecules,2003,4:828-834.[4] JEE K S,P ARK H D,P ARK K D,et al .Heparin conjugated polylactide as a bl ood compatible material[J ].B i omacr omolecules,2004,5:1877-1881.[5] 谢小莉,刘新星,童 真,等.用作人工玻璃体的聚乙烯基吡咯烷酮水凝胶的流变性[J ].功能高分子学报,2000,13(4):415-418.[6] 罗丙红,全大萍,廖凯荣,等.聚乳酸接枝乙烯基吡咯烷酮的初步研究[J ].中山大学学报:自然科学版,2001,40(5):62-64.[7] W S LLACH J A,HUANG A J.Copoly mers of itaconic anhydride and methacrylate -ter m inated poly (lacticacid )macr omonomers[J ].B i omacr omolecules,2000,1:174-179.[8] CRET U A,G ATTI N R,BRACHA I S L,et al .Synthesis and degradati on of poly (2-hydr oxyethyl methacry 2late )-graft -poly (ε-cap r olact one )copoly mers[J ].Poly mer Degradati on and Stability,2004,83:399-404.[责任编辑:黄建军]701第1期 罗丙红,等: P LA 大分子单体与NVP 接枝共聚物的初步研究 。
等离子体活化硅橡胶表面紫外接枝N-乙烯基吡咯烷酮
等离子体活化硅橡胶表面紫外接枝N-乙烯基吡咯烷酮
郝冬冬;丁永红;张宇轩;闫秋羽;周超
【期刊名称】《合成橡胶工业》
【年(卷),期】2023(46)1
【摘要】以等离子体活化硅橡胶,然后采用紫外光接枝法将N-乙烯基吡咯烷酮接枝于硅橡胶,同时使其自聚为稳定存在于橡胶表面的聚乙烯基吡咯烷酮。
通过测定水接触角、红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜等方法分析硅橡胶改性前后的表面变化。
结果表明,改性后硅橡胶表面携带的新官能团和元素均带有聚乙烯基吡咯烷酮的特征,表明其与硅橡胶基质有较为牢固的化学键相连;硅橡胶表面的水接触角从改性前的110°降至改性后的18°,亲水性能改善明显。
【总页数】4页(P35-38)
【作者】郝冬冬;丁永红;张宇轩;闫秋羽;周超
【作者单位】常州大学怀德学院;常州大学材料科学与工程学院;常州纺织服装职业技术学院;常州大学生物医学工程与健康科学研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ333.93
【相关文献】
1.辐射接枝医用水凝胶的研究:I.硅橡胶辐射接枝N—乙烯基吡咯烷酮
2.60Co-γ射线引发聚氨酯接枝N-乙烯基吡咯烷酮的性能研究
3.壳聚糖/N-乙烯基吡咯烷酮接枝共聚物的制备及其性能
4.马来酸酐/N-乙烯基吡咯烷酮双单体接枝聚丙烯的制
备及对聚丙烯微孔膜的亲水改性5.黄原胶-N-乙烯基吡咯烷酮辐射接枝共聚物的制备及结构特性研究
因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
中国组织工程研究与临床康复 第 12 卷 第 14 期 2008–04–01 出版Journal of Clinical Rehabilitative Tissue Engineering Research April 1, 2008 Vol.12, No.14Basic MedicineSurface modification of poly-D, L-lactic acid film with plasma graft polymerization**☆Li Li-hua, Ding Shan, Tian Ye, Tian Jin-huan, Zhou Chang-renAbstractBACKGROUND: Polylactic acid (PLA) surface is hydrophobic and there are no natural recognition sites, so its application is limited. Many different strategies have been studied such as composition and chemical grafting, to produce hydrophilic groups. However, these traditional methods are always involved in complex process and many organic reagents, resulting in decrease of biocompatibility. OBJECTIVE: To conduct the surface modification of PLA and improve its hydrophilicity with low temperature plasma treatment. DESIGN: Controlled observation. SETTING: Department of Materials Science and Engineering in Jinan University. MATERIALS: The experiment was processed from October 2004 to October 2005 at Guangzhou Research Center of Artificial Organs and Materials Engineering (Ministry of Education). The mainly used materials were: Poly-D, L-lactic acid (Mr 2.9×104, Shandong Medical Instrument Institute), N-vinyl-pyrrolidone (NVP, Acros Company, purified before use). METHODS: The materials were treated in the plasma reactor under different conditions (power=150 W, t =3, 2, 1 minutes; power=30 W, t = 10, 8, 5, 3, 1 minutes) to choose the optimal condition, and then PLA were grafted with NVP by gas phase polymerization and liquid polymerization, respectively. MAIN OUTCOME MEASURES: The surface morphology of the films was observed with scanning electron microscopy and atomic force microscopy. The hydrophilicity of native and treated material surfaces was measured using a water contact angle meter. Surface composition was detected with Fourier transform infrared spectrometer. Mass changes measurement was applied to characterize the grafting efficiency. RESULTS: Scanning electron microscopy and atomic force microscopy showed that the plasma modified materials possessed coarse surface with pores and notches. Water contact angles decreased obviously from 78° to 50° after grafting. Fourier transform infrared spectrometer showed a new absorption peak at 1 637.19 cm 1, which corresponded to the carbonyl stretch vibration absorption of amide group in poly-N-vinyl-pyrrolidone. After the plasma treatment at low temperature, the mass change ratio of PLA film material was -0.6. CONCLUSION: The plasma treatment and polymerization can improve the hydrophilicity and cause coarse surface of PLA material, which will be helpful for the cell attachment.Department of Materials Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510630, Guangdong Province, China Li Li-hua ☆ , Studying for doctorate, Lecturer, Department of Materials Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510630, Guangdong Province, China floralee1977@ Correspondence to: Zhou Chang-ren, Professor, Doctor, Department of Materials Science and Engineering, Jinan University, Guangzhou 510630, Guangdong Province, China tcrz9@ Supported by: the National Natural Science Foundation of China, No. 30170272*; Major Program of Guangdong Science and Technology, No.A302020104* Received: 2007-12-18 Accepted: 2008-03-03 (07-50-12-7028/Y) Li LH, Ding S, Tian Y, Tian JH, Zhou CR.Surface modification of poly-D, L-lactic acid film with plasma graft polymerization. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu 2008;12(14): 2757-2760(China) [/zgl ckf/ejournal/upfiles/ 12-14/14k-2757 (ps).pdf]INTRODUCTIONPolymers are frequently used as biomaterials in areas of tissue engineering such as tissue replacement, tissue reinforcement and organ transplantation[1-5]. Polylactic acid (PLA) is one of the few synthetic biodegradable polymers, and is widely applied as sutures and orthopedic devices, for which high mechanical strength and toughness are required. However, it is hydrophobic and there are no natural recognition sites on the surface of PLA[6]. The surface hydrophobicity and low surface energy will affect cell adhesion on the PLA, which is critical because cell adhesion occurs before other events like cell spreading, cell migration and differentiation[7-8]. It has been reported that the cell adhesion to a substrate involves the following steps: adsorption of serum proteins on the substrate, contact of round cells to the substrate, attachment of the cells to the substrate and the spreading of the cells on the substrate[9]. Therefore, the surface properties of the materials are very important for the adhesion of proteins, and it is commonly accepted that the adhesion of cells to solid substrate is influenced by several substrate surface properties, such as hydrophilicity, surface charge, roughness and topography. Plasma treatment is an effective and widely used method for modifying the surface of materials. It has been reported that the surface of cell culture devices,ISSN 1673-8225 CN 21-1539/R CODEN: ZLKHAHsuch as petri dishes, micro-carriers and membranes, can be modified by plasma treatment to improve cell adhesion[10-13]. An important feature of plasma treatment is that it affects only the surface of a material subjected to treatment and a very thin near-surface layer whose thickness varies from 100 Å to several micrometers. The bulk of the polymer remains intact under these conditions, retaining the mechanical, physicochemical, and electro-physical properties of the original material surfaces. As a rule, the improvement of adhesive properties by plasma treatment is caused by not only surface cleaning of contaminants but also the formation of hydrophilic groups differing in their chemical nature, which provide high adhesive properties of the modified surfaces[14]. N-vinyl-pyrrolidone (NVP) possesses active double bond, which can be initiated easily to produce its polymer poly-N-vinyl-pyrrolidone (PVP). PVP as a kind of water soluble polymer, has been applied widely in fields of medicine, cosmetics, vintage and drink, etc[15-16]. In this study, we tried to functionalize the surface of poly-D, L-lactic acid (PDLLA) film with plasma treatment and graft polymerization to improve its hydrophilicity.EXPERIMENTS AND CHARACTERIZATIONPlasma treatment and graft polymerization on PDLLA film surface A RF plasma graft polymerizer at low temperature2757李立华,等.聚乳酸膜等离子接枝聚合聚乙烯基吡咯烷酮及表面性能研究(VTC-FSN-200, Japan, 13.56 MHz) was used for the surface modification. PDLLA films were placed in the glass reactor with a diameter of 5 cm and a length of 20 cm, and then a vacuum pump was connected. When the pressure got to 3 Pa, argon gas was input to increase the pressure to 20 Pa. Afterwards the 13.56 MHz RF source supplied the input power to the plasma reactor. The materials were treated with following parameters respectively: Wf=150 W, t =3, 2, 1 minutes; Wf=30 W, t =10, 8, 5, 3, 1 minutes. Surface grafting polymerization was then carried out in two methods. ①Gas phase polymerization: NVP was input to the reactor under vacuum after plasma treatment. The gas state NVP reacted with films in reactor for certain minutes (1, 2 and 3 minutes);②Liquid polymerization: PDLLA films were taken out from the reactor after plasma treatment and then immersed into NVP water solution (at 0.1, 0.2, 0.3 and 0.4 mass fractions) under N2 atmosphere with shaking for 12 hours. The products were washed with distilled water to remove NVP monomer and homopolymer PVP and then dried at 60 ℃. Characterization and analysis of the modified PDLLA films The surface morphology of the films was observed with scanning electron microscopy (SEM, JSM-T300, Japan) and atomic force microscopy (AFM, CP-Research, USA). The water contact angle of native and treated material surfaces was measured using a Contact Angle Meter (CAM-PLUS, USA) at room temperature. Surface composition was measured with Fourier transform infrared spectrometer (FTIR, Bruke EQUINOX 55, Germany). Mass changes measurement was applied to characterize the grafting efficiency.notching with different size (up to 10 μm) were seen, which were formed during the film preparation and plasma treatment.0.95 μm/Div 0.40 μm/Div 0 10 μm/Div 10 μm/Div 0 20 40 μm a: Surface image from atomic force microscopy (50 μm×50 μm)b: Computer-produced imageFigure 2Atomic force microscopy observation of poly-D, L-lactic acid film surfaceSurface water contact angle measurement PDLLA films were hydrophobic with water contact angle (θ) of 78°. After plasma treatment, the value decreased to 10° (Table 1). Due to the plasma treatment, plenty of free radical such as -OH, -COOH and -C=O were produced on the PDLLA film surface, which improved the polarity of the films, therefore improved the hydrophilicity and decreased the water contact angle.Table 1Group 1 2 3 4 5 6 7 8Surface water contact angle of poly-D, L-lactic acid films under different conditionsPower (W) 150 150 150 30 30 30 30 30 t (min) 1 2 3 1 3 5 8 10 Surface contact angleθ(°) 40-45 20-25 30-35 10-20 0-10 0-10 10-20 0-10RESULTSSurface morphology observation Figure 1 shows the surface morphology of PDLLA films observed by SEM, which revealed that plasma had erosion effects on films.a: Treated by low-power plasma (30 W, 3 minutes)b: Induced graft polymerization of N-vinyl-pyrrolidone by plasma (30 W, 3 minutes, 0.2 mass fraction of N-vinyl-pyrrolidone solution)Figure 1 Scanning electron microscopy images of polylactic acid film surfaceFigure 1a is the surface of plasma treated PDLLA film with low power (30 W, 3 minutes), and Figure 1b shows the surface morphology of the films which were grafted with PVP. The obvious pores and notches on both surfaces were visible. The toughness of the surface will be helpful for the cell attachment[17]. Figure 2a is the AFM images of micro area on the surface. Figure 2b is produced by computer. Many micro pores, juts and2758With high power 150 W, time affected the contact angle slightly, which ranged from 20° to 45°. θvalue changed greatly for each sample because of the coarse surface of the materials. To avoid the damage of high power to materials, low power 30 W was studied as well. It was very interesting that contact angle decreased much more. For some samples, the contact angle decreased even to 0 ° . Similarly, time affected the results not so much. According to the contact angle, 30 W was preferred to 150 W for reaction. With higher power, more corrosion was caused, and on the other hand, many polar groups were removed as well, and then caused the decrease of the polarity and increase of the water contact angle. The water contact angel of the treated films increased with time and recovered to about 70° two weeks later. Therefore plasma polymerization was applied, which were expected to improve the hydrophilicity. Plasma polymerization will make up for these defects and modify the surface of materials eternally. According to above results, the PDLLA films were first treated with plasma (Wf=30 W, t =3 minutes), and then with the newly produced active freeP.O. Box 1200, Shenyang 110004 kf23385083@李立华,等.聚乳酸膜等离子接枝聚合聚乙烯基吡咯烷酮及表面性能研究M%radials on the surface to initiate polymerization of NVP. The polymerization was carried out in gas phase method and liquid method respectively. The effects of grafting polymerization by gas method on surface contact angle were studied first. The results showed that θ value decreased from 78 ° to about 50 ° after polymerization. But time affected not so much on the surface hydrophilicity, and after polymerization of 1, 2 and 3 minutes, the contact angles were 50-55, 48-52 and 47-53, respectively. Comparing to gas method, liquid method had less effects on surface water contact angle of PDLLA film (Table 2). Modified with 0.2 mass fraction of NVP solution, contact angle decreased to 53°-55°, which was close to the value of gas method. Either lower or higher concentration of NVP solution could not decrease the value more. However, liquid method is easier to be operated. Therefore, polymerization with 0.2 mass fraction of NVP would be the best method for plasma surface modification of PDLLA films.Table 2 Effect of grafting polymerization by liquid method on surface water contact angle (Wf=30 W, t =3 min)Group Mass fraction of N-vinyl-pyrrolidone solution Water contact angleθ(°) 1 0.1 55-57 2 0.2 53-55 3 0.3 58-60 4M% was used to characterize indirectly the grafting efficiency of the polymerization. In this study, only liquid polymerization was studied because of its more merits than gas method. Figure 4 demonstrates that after plasma treatment, the mass of PDLLA films decreased with the M% of -0.6, because plasma damaged the materials surface (Figure 1), even though there were newly produced groups. The mass increased obviously after the films were reacted with NVP solution. NVP solution at 0.2 mass fraction had highest M%, which was in accordance with the results of Table 2. The higher concentration (0.3 and 0.4 mass fraction) of NVP solution dissolved the materials in some degrees, and then caused the mass decrease of the films.2.0 1.5 1.0 0.5 0 -0.5 -1.0 0 10 20 30 40NVP (%)Figure 40.4 60-66Effects of N-vinyl-pyrrolidone (NVP) concentration on grafting efficiencyDISCUSSIONFTIR spectroscopy FTIR spectra of the plasma treated PDLLA films and PVP grafted PDLLA films are shown in Figure 3. The absorption of -C-H of PLA was at 2 992.73 cm 1. 1 451.85 cm 1 and 1 367.32 -1 cm were the absorption of -CH3 bending vibrations. Strong peak of 1 751.25 cm 1 was from -C=O of ester. Comparing with both spectra (Figure 3a) and (Figure 3b), there was a new weak peak at 1 637.19 cm 1 on NVP grafted PDLLA films, which was from -C=O of amide group. The result revealed that PVP was grafted on the surface of PDLLA film. Mass change of PDLLA films The mass change of the PDLLA was calculated with the following equation: M%= (M-M0)/M0×100% M0 is the original mass of films, and M is the mass of films after grafting polymerization. There are plenty of electrons, ions and neutral ions in plasma, which will transfer the energy to the atoms or molecules of the materials surface when they contact with the materials and then generate different physical and chemical changes. Some particles can also be implanted to the material surface to cause collision, scattering, re-arrangement or crystallize, etc. and change the original surface properties. Therefore, after plasma treatment, PLA surface presented many micro pores and juts. In addition, due to the plasma treatment, plenty of free radicals such as -OH, -COOH and -C=O were produced on the PDLLA film surface, which improved the polarity of the films, therefore improved the hydrophilicity and decreased the water contact angle. According to the contact angle, 30 W was preferred to 150 W for reaction. With higher power, more corrosion was caused, and on the other hand, many polar groups were removed as well, and then caused the decrease of the polarity and increase of the water contact angle. The water contact angel of the treated films increased with time and recovered to about 70° two weeks later. There are many reasons for such phenomena, i.e. polar groups reacted with each other, or active groups in surrounding etc. Yasuda thought that the main reason is that the new produced polar groups turned to below the surface of the materials[18]. Plasma polymerization will make up for these defects and modify the surface of materials eternally[19-20]. According to above results, the PDLLA films were first treated with plasma (Wf=30 W, t =3 minutes), and then with the newly produced active free radial on the surface to initiate polymerization of NVP. The polymerization was carried out in gas method and liquid method, respectively.2759ab4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 a: plasma treatment; b: induced graft polymerization of NVPFigure 3Infrared spectrometer spectra of poly-D, L-lactic acid films before and after grafting N-vinyl-pyrrolidone (NVP)ISSN 1673-8225 CN 21-1539/RCODEN: ZLKHAH李立华,等.聚乳酸膜等离子接枝聚合聚乙烯基吡咯烷酮及表面性能研究NVP was able to dissolve PLA to some degrees, which removed the newly produced active polar groups. Meantime polymerization and interaction between the active groups will get to a balance during certain period and terminate the reactions. Although gas grafting method could improve the hydrophilicity obviously, it has many disadvantages. It wastes much solvent during the process, and it is not quantitative when the reactors are concerned. Similarly, as liquid method, high concentration of NVP could dissolve more PLA surface. NVP polymerization at 0.2 mass fraction would be the best method for plasma surface modification of PDLLA films.1516 17 18 19 20CONCLUSIONPlasma modification of PDLLA films was studied in this experiment. Water contact angle measurement showed that the hydrophilicity of the films was improved much after surface plasma treatment even at lower power (30 W) and in less time (3 minutes), but it recovered to original level two weeks later. Plasma graft polymerization of NVP could modify the material eternally, which was carried out in gas method and liquid method. Although both methods decrease the contact angle greatly, liquid method with NVP solution at 0.2 mass fraction is preferable considering the operation and accuracy of reaction. Furthermore, plasma treatment and polymerization may cause coarse surface, which will be helpful for the cell attach. Its more physiochemical properties and biocompatibility will be studied in the future.Chen H, Wang CG, Zhang WX, et al. Effect of acrylonitrile-N-vinylpyrrolidone copolymerization systems on monomer reactivity ratios. Gaofenzi Cailiao Kexue yu Gongcheng 2003;19(3):72-74 Chuang WY, Young TH, Yao CH, et al. Properties of the poly(vinyl alcohol)/chitosan blend and its effect on the culture of fibroblast in vitro. Biomaterials 1999;20(16):1479-1487 Ding S, Li LH, Zhou CR. Novel tissue engineering scaffolds. Shengwu Yixue Gongchengxue Zazhi 2002;19(1):122-126 Zhu HS, Gu JW, Wang LY, et al. Use of plasma-treated silk fibroin as culture matrix for human endothelial cells. Zhongguo Shengwu Yixue Gongcheng Xuebao 2002;21(6):525-535 Luo HL, Sheng J, Wan YZ. Plasma polymerization of styrene with carbon dioxide under glow discharge conditions. Appl Surface Sci 2007;253(12):5203-5207 Kumar DS, Fujioka M, Asano K, et al. Surface modification of poly(ethylene terephthalate) by plasma polymerization of poly(ethylene glycol). J Mater Sci Mater Med 2007;18(9):1831-1835聚乳酸膜等离子接枝聚合聚乙烯基 吡咯烷酮及表面性能研究**☆李立华,丁 珊, 田 冶,田金环,周长忍 暨南大学科学与工程系,广东省广州市 510630 李立华☆,女,1977 年生,山东省德州市人,汉族,暨南大学在读 博士,讲师,主要从事组织工程及相关生物材料的研究。