SiO_(2)高效节能气凝胶隔热材料的制备及性能研究

以N,N-二甲基甲酰胺为干燥剂,通过常压干燥法制备了SiO_(2)气凝胶隔热材料,研究了正硅酸乙酯和水的摩尔比对SiO_(2)气凝胶形貌、物相结构、孔径分布、力学性能和导热性能的影响。结果表明,SiO_(2)气凝胶隔热材料为典型的非晶结构,具有有序的介孔孔道,随着水摩尔比的增大,气凝胶的孔道结构有序度逐渐提高,宏观形貌更加完整且致密,摩尔比n(TEOS)∶n(水)=1∶30制备出的气凝胶的多孔网格结构最为致密。随着水摩尔比的增大,SiO_(2)气凝胶的比表面积、抗压强度先增大后降低,导热系数先降低后增大。当摩尔比n(TEOS)∶n(水)=1∶30时,气凝胶比表面积最大为441 m^(2)/g,对应的孔体积为0.414 cm^(3)/g,孔径分布为3.75 nm,抗压强度最大为29.79 kPa,导热系数最低为0.022 W/(m·K),保温性能最优。以TMCS和正己烷对SiO_(2)气凝胶进行疏水改性,体积比V(TMCS)∶V(正己烷)=1∶10时,SiO_(2)气凝胶表面的接触角达到最大值139.6°,疏水性能最佳,热稳定性也得到改善。

罗布麻杆提取木质素的气凝胶性能

选择氯化胆碱(ChCl)与乳酸(LA)合成低共熔溶剂(DES)来提取罗布麻秸秆中的木质素,并将提取的木质素(DL)与聚乙烯醇(PVA)共混,以四硼酸钠为交联剂,通过冷冻干燥技术制备了气凝胶A-PBDL。试验结果表明:DES提取木质素最佳工艺为:n(ChCl)∶n(LA)=1∶9,120℃提取9 h;红外图谱分析得知木质素中含有对羟基苯丙烷、创愈木基和紫丁香基三种结构,平均粒径为3.601μm。研究了气凝胶制备中木质素添加量、PVA浓度和四硼酸钠浓度对气凝胶孔隙率和强力的影响,发现掺杂少量木质素可显著提高气凝胶的力学性能及孔隙率,并增强其热稳定性。

小麦淀粉生物基水凝胶合成及其辅助NO_(2)^(-)-N的去除

针对小麦淀粉(CS)凝胶力学性能较差的缺陷,利用小麦淀粉与聚乙烯醇(PVA)、硼砂(B)、海藻酸钠(SA)等天然/无机材料通过物理/化学交联合成了PVA/B/CS和SA/B/CS 2种生物基水凝胶,考察其力学性能和溶胀性能;并制备生物基水凝胶包埋反硝化菌剂,考察其对水体中亚硝酸盐氮(NO_(2)^(-)-N)的去除性能。结果表明:合成的2种生物基水凝胶均具有良好的力学性能,PVA/B/CS水凝胶的拉伸断裂伸长率最高可达1088%,SA/B/CS水凝胶的拉伸断裂伸长率最高可达562%;PVA/B/CS2.7水凝胶包埋反硝化菌剂(D-PVA/B/CS2.7)去除水中NO_(2)^(-)-N 30 h后,去除效率为94.81%;SA/B/CS2.7水凝胶包埋反硝化菌剂(D-SA/B/CS2.7)去除水中NO_(2)^(-)-N 40 h后,去除效率为94.99%,说明所合成的生物基水凝胶具有辅助去除水体中氨氮的效果。

纤维素对活性炭孔结构的影响

为了探讨纤维素对活性炭孔结构的影响,采用废茶、荞麦壳和开心果壳3种生物废弃物作为制备活性炭的原材料,利用活化剂KOH,ZnCl_(2),通过改变浸渍比控制活性炭的比表面积和孔结构。结果表明:利用KOH活化的活性炭最佳浸渍比均为2.0;当KOH为活化剂、浸渍比为2.0时,荞麦壳活性炭的BET比表面积和微孔孔容最大,分别达到904.8 m^(2)·g^(-1)和0.37 cm^(3)·g^(-1),开心果壳活性炭的BET比表面积和微孔孔容分别为746.7 m^(2)·g^(-1)和0.31 cm^(3)·g^(-1),废茶活性炭的BET比表面积和微孔孔容分别为747.8 m^(2)·g^(-1)和0.28 cm^(3)·g^(-1)。纤维素去除实验的结果表明:纤维素是影响活性炭微孔结构的主要因素。

单宁酸-纤维素/聚乙烯醇/聚丙烯酸双网络水凝胶的制备及性能

通过将单宁酸(TA)和纤维素纳米纤维(CNF)嵌入硼砂-聚乙烯醇(PVA)/聚丙烯酸(PAA)水凝胶网络,利用一锅法制备了TA/CNF-g-PVA/PAA纳米复合双网络水凝胶。采用红外光谱、扫描电镜、热重分析、溶胀、黏附及生物实验对其进行结构表征和性能测试。结果表明,当TA和CNF的质量比为1:2时,PATCP水凝胶在猪皮上的黏附强度最高达5.64 kPa;PATCP水凝胶还表现出显著的抗溶胀性能,其平衡溶胀率仅为PVA/PAA水凝胶的3/5;PATCP水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌圈最大宽度分别为17 mm和13 mm;该水凝胶具有一定的自愈合性能,水凝胶溶血率均在2%以下,且水凝胶提取液中细胞存活率均在89%以上,表现出优异的生物相容性。

碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料的减缩增强作用

针对碱矿渣胶凝材料易收缩开裂等问题,采用一种新型微米级纤维——碳酸钙晶须对碱矿渣胶凝材料进行减缩增强,研究了碳酸钙晶须掺量对碱矿渣胶凝材料流变性能、抗压强度和干燥收缩的影响,并探究其显微增强机理.结果表明:微米级碳酸钙晶须的掺入对碱矿渣胶凝材料流动性影响较小,当碳酸钙晶须掺量为3%时,其新拌浆体塑性黏度为12.33 Pa·s,较未掺碳酸钙晶须的对照组仅增长14.48%,其硬化浆体28 d抗压强度可达105.8 MPa;碱矿渣胶凝材料的干燥收缩率随着碳酸钙晶须掺量的增加而降低,当碳酸钙晶须掺量为5%时,其28 d干燥收缩率仅有0.87%,较未掺碳酸钙晶须的对照组降低32.56%;碳酸钙晶须与基体紧密结合,在基体受力破坏时分散其所受应力,提升了碱矿渣胶凝材料的力学性能;碳酸钙晶须在体系内部的桥接作用能够有效延缓碱矿渣胶凝材料微裂纹的形成与扩展,在一定程度上遏制了宏观裂纹的发展.

纤维素复合气凝胶的制备及保温隔热性能研究

利用化学交联和冷冻干燥技术制备了绿色环保的羧甲基纤维素钠(CMC)/明胶(GL)-戊二醛(GA)复合气凝胶(CL-A);研究不同比例的羧甲基纤维素钠(CMC)、明胶(GL)和不同含量的戊二醛(GA)对气凝胶微观结构、热稳定性、力学强度以及保温隔热等性能的影响。实验结果表明,羧甲基纤维素钠(CMC)与明胶(GL)比例为1:2且戊二醛(GA)添加量为15%时的复合气凝胶(C1L2-A15)的压缩强度高达3.03 MPa,较纯羧甲基纤维素钠(CMC)气凝胶增长了7倍左右;热导率低至0.022 W/(m·k),保温效果较好;多孔的三维网络更加致密,改善了复合气凝胶的形貌结构;复合气凝胶的残炭量高达37%,一定程度上提高了热稳定性。

L-半胱氨酸改性甲基纤维素自愈合水凝胶的制备及其性能研究

以甲基纤维素(MC)为水凝胶主体,通过Steglich酯化反应将L-半胱氨酸(Cys)接枝在MC上,从而引入巯基形成动态的二硫键,合成增强型自愈合水凝胶MC-Cys。采用傅里叶变换红外光谱仪、扫描电子显微镜、核磁共振氢谱仪、流变仪、热重分析仪等对水凝胶的结构和性能进行表征。结果表明,MC-Cys水凝胶的最大拉伸强度能达到1.251MPa,比纯MC水凝胶拉伸强度(0.626MPa)提高了1倍,动态的二硫键赋予了MC-Cys水凝胶自愈合性,在生物医学、组织工程等领域应用前景广阔。

纤维素/海藻酸钠/明胶复合水凝胶的制备与性能

纤维素作为一种来源丰富的天然高分子材料,具有优异的生物相容性和可降解性,但其难溶特性限制了其应用。文中采用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物(AmimCl)溶解纤维素(Cel),海藻酸钠(SA)与明胶(Gel)混合水溶液作为凝固浴进行纤维素再生,进一步通过浸泡氯化钙(CaCl_(2))溶液交联海藻酸钠,制备了一种透明、高强度的复合水凝胶。分别探究了纤维素浓度(3%,4%,5%,6%,7%和8%)及不同的海藻酸钠/明胶质量比(0:10,2:8,4:6,6:4,8:2和10:0)对水凝胶性能的影响。利用傅里叶变换红外光谱、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、紫外可见分光光度计和万能材料试验机对水凝胶进行了表征。结果表明,水凝胶中各组分之间的氢键作用及海藻酸钠与Ca^(2+)之间的离子相互作用赋予水凝胶优异的力学性能,相比于纯水作为凝固浴制备的再生纤维素水凝胶,强度提高了26.36%。随着纤维素浓度的增加,水凝胶的结晶度和网络结构的致密性增加,水凝胶的力学性能显著提升。此外,海藻酸钠/明胶的比例也对水凝胶的力学性能有显著影响,当海藻酸钠与明胶质量比为6:4时,水凝胶力学性能最好,最高达到2.349 MPa。生物降解性分析表明,水凝胶具有良好的生物降解性,在食品包装和生物医药领域具有潜在应用价值。

聚多巴胺/MXene/Cu改性棉织物的制备及其性能

本文以纯棉织物作为柔性基体,首先在纯棉织物表面涂覆聚多巴胺(PDA)/MXene,然后在其表面通过无电沉积的方法沉积具有粗糙结构的金属铜(Cu),得到一种具有导电性和抗菌性的PDA/MXene/Cu改性棉织物。采用扫描电子显微镜对棉织物的形貌进行观察,通过万能试验拉伸机测量棉织物的力学性能。结果表明:Cu、PDA和MXene均匀覆盖在棉织物表面。PDA/MXene/Cu改性棉织物的力学性能提升,改性棉织物的拉伸强度和断裂伸长率分别增长到了150 kPa和28.6%。进一步将导电棉织物作为应变传感器监测人体手指的弯曲情况从而对器件的传感性能进行评价,当手指弯曲角度为60°时最大传感响应为10.9%。最后对导电棉织物进行抗菌测试,测试结果表明改性棉织物具有良好的抗菌性能,在沉积铜1.5 h时抑菌圈直径为31.8 mm、面积为793.9 mm^(2)。这种多功能PDA//MXene/Cu改性棉织物,有望应用在可穿戴电子设备、健康和运动监测器等领域。

高电导率抗冻离子凝胶的制备及性能研究

近年来,可穿戴设备在人体运动、身体体征以及体液检测等方面得到广泛应用。离子凝胶依靠其优异的离子导电性、热稳定性和电化学性能,广泛应用于柔性传感器,包括传感单元和柔性电极。大多数可穿戴传感器对低温条件的适应度不高,这阻碍了其在不同环境下的使用。鉴于此,本工作提出了一种高电导率抗冻离子凝胶,将丙烯酸(AA)、羧甲基纤维素钠(CMC)、丙烯酰胺(AAm)三种物质以AA与CMC,AA与AAm,AA、CMC和AAm三种组合相互形成共聚网络,并加入LiCl导电物质来制备一种在低温下依旧能保持良好电化学性能的离子凝胶。在三种类型的离子凝胶中,AA-CMC离子凝胶具有最高的电导率和对金属类器件表面最好的粘附性,对铁片的最大粘附力可达51.39 kPa,同时还具有优良的保湿抗冻功能(在25℃下7 d内失水率仅为4%以及-76℃的凝固点)和207.10%的断裂生长率。AA-CMC离子凝胶具有较好的导电性能(电导率最大为0.617 S/m)及柔软特性,可以组装成可穿戴柔性压力传感器;具有稳定的电化学性能且在长期在低温下也能保持自身的导电性能(-18℃冷冻3周电导率保持约原有的86.3%)。本工作所制备AA-CMC的离子凝胶将有望扩展其在柔性电子设备中的应用范围与使用前景。

响应面法制备有机硅氧烷气凝胶的工艺优化及表征

为探究降低二氧化硅气凝胶体积密度的有效途径,以甲基三甲氧基硅烷(MTMS)和二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)为硅源合成有机硅氧烷气凝胶,基于Box-Behnken Design响应面设计方法,分析MTMS/DMDES摩尔比、H_(2)O/Si摩尔比、氨水浓度这3个因素及其交互作用对气凝胶体积密度的影响机理与规律,得到最佳制备工艺条件。制备低密度有机硅氧烷气凝胶的最佳工艺条件为MTMS/DMDES摩尔比6/4,H_(2)O/Si摩尔比25,氨水浓度1mol/L。在此优化条件下,气凝胶体积密度为0.148g/cm^(3),与理论值基本吻合。研究结果表明:各因素对气凝胶体积密度的影响主次顺序为氨水浓度、MTMS/DMDES摩尔比、H_(2)O/Si摩尔比;气凝胶由球形粒子连接组成,粒径为3~4μm;平均孔径约为7.03μm;气凝胶具有良好的疏水性、抗压缩性和热稳定性,接触角高达146.2°,60%应变时应力为25.4kPa,热分解温度达到389.2℃,导热系数为0.0564W/(m·K)。

基于纤维素膜的三氟苯甲醛改性聚乙烯醇水凝胶柔性传感器的制备及性能研究

以对甲苯磺酸为催化剂,将疏水单体3,4,5-三氟苯甲醛(TBA)通过缩醛反应接枝到聚乙烯醇(PVA)侧基中,通过溶剂置换策略激活内部疏水结构,从而制备一系列高拉伸抗溶胀聚乙烯醇水凝胶。对合成的水凝胶进行了拉伸实验、溶胀实验、含水量和传感性能测试。结果表明,随着三氟苯甲醛的含量由3%增加到4%时,水凝胶的拉伸性能产生了明显提高,拉伸强度达到1.3 MPa,断裂伸长率达到985%;当含量由4%增加到5%时其力学性能趋于稳定,不再发生明显变化。三氟苯甲醛的引入显著提高了PVA水凝胶的抗溶胀性能和疏水性。PVA-TBA水凝胶在水中浸泡5天后,溶胀率基本维持在0%,并且其含水量随着TBA含量的增加呈现下降趋势。将改性水凝胶与纤维素膜结合组装成柔性应变传感器,其不仅可以用作拉伸传感器对关节运动如手指弯曲、手腕弯曲和膝盖弯曲等进行检测,也可用作压力传感器对压力准确试别。综上三氟苯甲醛的引入显著改善了聚乙烯醇水凝胶的力学和抗溶胀性能,为水下传感器基体材料提供了一个可靠的选择。

淀粉基水凝胶的制备及其应用进展

水凝胶是由亲水性聚合物链交联形成的具有三维网络结构的高分子材料,具有强大的吸水保水性能。淀粉是一种环境友好型的天然多糖。淀粉基水凝胶具有生物相容性好、生物降解性强及对溶剂吸收能力优异等特性,已引起广泛的关注。该文首先简述了常用的淀粉改性方法;然后从化学交联淀粉基水凝胶、物理交联淀粉基水凝胶、双交联淀粉基水凝胶三方面综述了淀粉基水凝胶的制备;接着介绍了淀粉基水凝胶在生物传感器、医用辅料、药物输送载体、组织工程支架、土壤保护等方面的应用进展;最后,针对目前淀粉基水凝胶存在的问题,提出了其未来的发展方向。

CA/COSBC复合凝胶微球的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附性能

首先,将以油茶果壳(COS)为原料制备的生物炭(COSBC)分散到海藻酸钠(SA)凝胶溶液中形成了混合液;然后,采用球滴法将其逐滴滴入到CaCl2溶液中,制备了海藻酸钙/生物炭(CA/COSBC)复合凝胶微球。采用SEM和FTIR对CA/COSBC复合凝胶微球进行了表征,考察了其对水体中Pb(Ⅱ)的吸附效果,优化了其对Pb(Ⅱ)的吸附条件,探究了其吸附去除Pb(Ⅱ)的动力学和热力学行为。结果表明,m(SA)∶m(COSBC)=4∶1制备的CA/COSBC复合凝胶微球具有最佳的吸附去除Pb(Ⅱ)的效果,室温下,在pH=5.0、Pb(Ⅱ)初始质量浓度为250 mg/L、投加量0.77 g/L、吸附时间4 h的条件下,Pb(Ⅱ)的平衡吸附量可达236.4 mg/g、去除率高达72.81%。CA/COSBC复合凝胶微球吸附去除Pb(Ⅱ)能够自发进行,且符合Freundlich热力学模型和Largergren准二级动力学模型,以多分子层的化学吸附占主导作用。颗粒内扩散是控制吸附过程的主要因素,表面吸附和边界层扩散也会影响吸附去除过程。

pH响应型抗菌水凝胶伤口敷料的制备及促愈合性能

文中利用衣康酸(IA)、丙烯酰胺(AM)和烯丙基三甲基氯化铵(TAAC)为原料发生进行交联,负载抗菌药物聚六亚甲基盐酸胍(PHMG),一锅法制备了pH敏感性抗菌水凝胶IA/AM/TAAC@PHMG。对水凝胶的力学性能、溶胀性能、释药性能、抗菌性能、生物相容性及促感染伤口愈合性能进行了研究。结果表明,TAAC能增加水凝胶的柔韧性,使水凝胶的断裂伸长率提高了88%;水凝胶具有pH响应性,能积极响应伤口pH,控制和延长PHMG的释放,PHMG在碱性条件下(pH 8.2)的释放率(60.65%)优于酸性条件(pH 3.2)下的释放率(14.97%);IA/AM/TAAC@PHMG对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率大于99.98%;水凝胶组(320μg/mL)的细胞相对存活率高于75.08%,细胞溶血率小于4%,抗菌水凝胶具有良好的生物相容性;组织学分析证明IA/AM/TAAC@PHMG载药水凝胶能通过创造湿润低氧利于肉芽生长的环境和优异的抗菌性能,使炎性因子减少,促进胶原和皮肤再生,加速伤口愈合。

改性鸡肺、牛肺、猪肺明胶/羧甲基壳聚糖复合水凝胶的制备及性能

为提高畜禽养殖效益、实现高附加值的畜禽肺资源化利用,本研究以鸡肺、牛肺、猪肺及与羧甲基壳聚糖为原料,在鸡肺、牛肺、猪肺明胶制备及改性的基础上,将羧甲基壳聚糖分别与改性鸡肺、牛肺、猪肺明胶按1∶1、1∶2和2∶1体积比进行交联反应制备复合水凝胶,并进一步对复合水凝胶的关联度、凝胶强度、红外光谱、溶胀性、热变特征、微观结构及失水率等理化性质进行分析。结果表明,当羧甲基壳聚糖分别与改性鸡肺、牛肺、猪肺明胶按1∶2体积比时,配制得到的复合水凝胶性质最好。其中,羧甲基壳聚糖与改性牛肺明胶按1∶2体积比配制得到的复合水凝胶交联度、凝胶强度、孔隙率和失水率分别为45.4%、5.24 N、64.58%和87.6%,优于羧甲基壳聚糖分别与改性鸡肺明胶、改性猪肺明胶按1∶2体积比配制得到的复合水凝胶。本研究结果为畜禽肺的高附加值资源化利用提供了新思路。

多糖基温敏可注射型水凝胶的研究与应用进展

多糖基温敏可注射型水凝胶作为一类智能软物质材料,在不同温度的刺激下能够实现液态溶胶-固态凝胶的可逆转变,具有生物相容性高、生物降解性强及物理和化学特性可调控等优势,在生物医学领域受到了广泛关注。该文概括了温敏可注射型水凝胶的溶胶-凝胶相转变机理;阐述了设计与合成多糖基温敏可注射型水凝胶的策略,包括小分子基团修饰多糖、合成型温敏聚合物接枝多糖、添加剂改性多糖;综述了多糖基温敏可注射型水凝胶在伤口愈合、药物递送和软骨修复生物医学领域中的应用,并对该领域存在的优化原料组成及设计策略、开发多样化环境刺激响应、增强机械强度和稳定性三方面的挑战提出建议;最后,对拓展多糖基水凝胶产品应用范围、加速推进其大范围临床应用进行了展望。

基于壳聚糖/银离子的可逆温敏水凝胶的制备与性能

以壳聚糖(CS)和AgNO_(3)为主要原料,通过CS与Ag^(+)的超分子络合作用制备了一系列可逆温敏CS-Ag水凝胶,采用FTIR、XRD、XPS、SEM和EDS对CS-Ag水凝胶的结构和化学状态进行了表征。结果表明,通过同时调节AgNO_(3)用量和体系pH可制备具有相同凝胶温度的CS-Ag水凝胶。当CS用量为0.60 g、AgNO_(3)用量为0.19 g、体系总体积为21 mL、保持水凝胶pH=4.24时,制备的CS-Ag-19水凝胶凝胶温度为50℃,具有最佳的热可逆性能,至少可循环相变5次,具有室温避光保存5个月的稳定性,并表现出对大肠杆菌良好的抗菌性能。CS-Ag-19的溶胶-凝胶转换是由CS的氨基在不同温度下的超分子相互作用控制,H^(+)和Ag^(+)在温度、浓度变化的驱动下,对游离氨基的竞争反应(质子化和络合作用)之间的平衡关系使水凝胶具有温敏可逆性。CS-Ag-19水凝胶的可注射和温敏凝胶性能使其具有作为水凝胶抗菌敷料的应用潜力。

淀粉基气凝胶的制备、改性与应用

淀粉基气凝胶是一种密度低、比表面积大、孔隙率高的三维多孔网络新型轻质材料。淀粉基气凝胶的制备过程简单、清洁,是将淀粉糊化和回生制备水凝胶后脱水干燥而得。本文探讨影响气凝胶性能的主要因素,如淀粉来源、淀粉浓度、糊化温度、回生条件和干燥方式。阐述淀粉基气凝胶的改性方法,如交联处理、复合改性、表面涂层等,以及改性后淀粉基气凝胶的应用。目前有关淀粉基气凝胶的应用研究主要围绕食品营养和生物医药方面,其在隔热材料、环境污染处理等领域存在应用潜力。本文对构建高品质的淀粉基气凝胶,拓展其应用具有重要意义。