聚乙烯己内酰胺的制备与表征

以乙烯己内酰胺单体(VCL)为原料,偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂,在水溶液中通过自由基聚合合成了聚乙烯己内酰胺.考察了引发剂用量、溶剂用量、聚合反应时间和聚合反应温度对产物分子量和产率的影响,阐述了水溶液中自由基聚合的反应机理.在VCL:AIBN:H2O=1:0.05:15(质量比),75℃下反应5h的优化工艺条件下,产率能达到97%,并通过凝胶渗透色谱仪测定了聚合物的平均分子量.以红外光谱和核磁共振对产品结构进行了表征,用分光光度计测定其临界溶解温度为32℃.

阿仑膦酸钠/壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜的制备与表征

背景:骨质疏松症是牙种植治疗的高风险因素,制备缓释阿仑膦酸钠的组织工程支架应用于骨质疏松患者口腔种植手术是当前口腔骨组织工程研究热点。目的:制备阿仑膦酸钠/壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜,表征其缓释性能。方法:(1)采用物理交联法制备不同质量比(壳聚糖与聚乙烯醇的质量比分别为3∶7、5∶5、7∶3)的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜与单纯的壳聚糖、聚乙烯醇水凝胶膜,通过表征水凝胶膜的形貌、水接触角、力学性能、溶胀率与细胞相容性筛选适宜的水凝胶膜作为阿仑膦酸钠的载体。(2)制备含0,0.4,1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠的单纯壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜,将大鼠骨髓间充质干细胞分别与4组水凝胶膜共培养,通过CCK-8法与CD44免疫荧光染色检测水凝胶膜的细胞相容性。将载药壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜浸泡于PBS中,采用紫外可见分光光度法检测复合水凝胶膜的药物释放性能。结果与结论:(1)表征结果显示,随着水凝胶膜中聚乙烯醇质量的增加,水凝胶膜的结构密度增加、孔隙率减少,水接触角(均在90°以内)、断裂伸长率与抗压强度增大,平衡溶胀率降低,对大鼠骨髓间充质干细胞的增殖均无影响,单纯壳聚糖水凝胶膜可促进大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,3∶7、5∶5比例复合水凝胶膜不影响大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,单纯聚乙烯醇水凝胶膜、7∶3比例复合水凝胶膜抑制大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,综合以上结果,选择5∶5复合水凝胶膜作为阿仑膦酸钠的载体。(2)CCK-8检测结果显示,含0.4,1.2 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜无细胞毒性;CD44免疫荧光染色结果显示,含0.4 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜不影响大鼠骨髓间充质干细胞的黏附,含1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠组复合水凝胶膜抑制大鼠骨髓间充质干细胞的黏附;含0.4,1.2,2.0 mg/L阿仑膦酸钠的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜在最初6 h内爆发性释放阿仑膦酸钠,此后均匀稳定地释放阿仑膦酸钠,释放时间达96 h以上。(3)结果表明,5∶5比例的壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶膜具有良好的理化性能、细胞相容性,可以作为阿仑膦酸钠的缓释载体。

聚乙烯醇/ZIF-8复合膜的制备及吸附性能

通过溶液流延法制备了聚乙烯醇/ZIF-8复合膜,采用SEM、FT-IR、XRD、TGA、BET等对聚乙烯醇/ZIF-8复合膜进行表征,并探究了复合膜的水稳定性、机械性能,以及对刚果红(CR)的吸附性能。结果表明:聚乙烯醇与ZIF-8材料复合后能改善聚乙烯醇的热稳定性,增加膜表面粗糙度;吸附过程以化学吸附为主,通过内部扩散控制吸附速率,符合准二级吸附动力学模型和Langmuir吸附曲线;ZIF-8质量分数为10%时制备的聚乙烯醇/ZIF-8复合膜,在温度20℃、刚果红溶液质量浓度95 mg/L时,对刚果红的最大吸附量达159.63 mg/g,使用4次后仍能保持93%的吸附效率。

双向拉伸聚乙烯薄膜专用料的结构剖析

利用凝胶渗透色谱仪(GPC)、差示扫描量热仪(DSC)和核磁共振波谱仪(NMR)等对2种进口双向拉伸聚乙烯(BOPE)薄膜专用料(SP3022和TF80)和国产茂金属线型低密度聚乙烯(mLLDPE)薄膜专用料(EZP2010HA)的结构和性能进行了分析对比。结果表明:与EZP2010HA相比,SP3022和TF80的熔体流动速率更低,相对分子质量及其分布更宽,密度、熔融温度、结晶温度、结晶度均更高,厚晶片含量更多,剪切黏度更小,更适合双向拉伸加工。

羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶修复兔骨软骨缺损

背景:关节骨软骨缺损是目前骨科医生面临的难题,传统修复方法难以取得满意疗效,以羟基磷灰石-聚乙烯醇为基础的复合水凝胶材料是目前研究的一个方向。目的:制备羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征其物理学特征,验证其植入体内后的组织相容性及细胞黏附增殖能力,探讨其对兔骨软骨缺损的修复效果。方法:利用3D打印技术制备圆柱状多孔聚乳酸支架(孔径分别为1.2,1.4,1.6,1.8 mm),再将聚乙烯醇及羟基磷灰石混合乳液灌入聚乳酸支架中,经过冻融及二氯甲烷溶解后制成羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶。然后将胶原-壳聚糖-明胶混合液灌入羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶中,利用京尼平进行交联,最后经乙醇清洗及冷冻干燥制成羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶,表征4组水凝胶的物理学特征,筛选性能最优的水凝胶进行后续实验。将羟基磷灰石-聚乙烯醇水凝胶、胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶分别植入SD大鼠皮下,苏木精-伊红与Masson染色观察材料表面的细胞黏附生长状况。在15只兔双侧膝关节股骨滑车制作骨软骨缺损(直径5 mm、深6 mm)模型,左侧植入复合水凝胶(实验组),右侧未植入任何材料(对照组),Micro-CT及组织学检测来评估其对骨软骨缺损的修复效果。结果与结论:①综合孔隙率、含水率、力学测试及扫描电镜结果,得出孔径1.2 mm的羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶更符合天然软骨的一般特性,用于后续实验;②苏木精-伊红与Masson三色染色显示,随着材料植入大鼠皮下时间的延长,两种材料周边黏附的细胞均明显增多,其中胶原-壳聚糖-明胶植入后的细胞增殖状况更好,可见大量细胞长入其形成的网状结构,且网状结构也逐渐降解;③在兔骨软骨缺损实验中,至术后8周时,Micro-CT检查显示实验组植入的材料和周围骨-软骨整合良好,其表面及内部均有部分骨长入,对照组软骨及软骨下层仍然存在明显的缺损,未形成有效修复;苏木精-伊红与甲苯胺蓝染色显示,实验组植入复合水凝胶4-8周后即与周围骨软骨发生整合,随着时间的延长材料表面逐渐有新生软骨形成,至12周时缺损处大部分被新生软骨覆盖,软骨下层也出现良好的骨长入;对照组至术后12周虽然深层骨缺损大部分修复、浅层的软骨及软骨下骨缺损也有一定程度修复,但主要被纤维组织及部分纤维软骨替代;④结果表明,羟基磷灰石-聚乙烯醇/胶原-壳聚糖-明胶复合水凝胶材料可仿生天然软骨的结构和功能,在动物实验中能有效修复骨软骨缺损。

聚乙烯醇/角蛋白/碳纳米管自愈合导电水凝胶的构建

为了进一步提高聚乙烯醇水凝胶的力学性能和导电灵敏性,本文以聚乙烯醇(PVA)为原料,以羊毛角蛋白(KE)和三氯化铝(AlCl_(3))为交联剂,添加碳纳米管(CNT)作为导电载体,制备出具有互穿双网络结构的自愈合导电水凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)等测试手段对PVA/KE/CNT复合水凝胶进行测试分析。结果表明,AlCl_(3)中的Al^(3+)与角蛋白中的—COOH、—OH配位络合促使角蛋白间相互交联形成团簇,同时AlCl_(3)中的Al^(3+)也与PVA中的—OH交联形成紧密结构,增强了水凝胶的强度和韧性,CNT被两种交联结构紧紧包裹并赋予水凝胶导电性能。CNT的加入使复合水凝胶的韧性增加,添加质量分数为4%和5%的CNT可明显提升材料的强度;所制备的水凝胶都具有较好的自愈合性能,在一定范围内的自愈合性能与愈合时长成正比,12 h的愈合时长效果最佳;加入CNT使水凝胶电阻下降,添加质量分数为2%~5%的CNT后水凝胶电阻分别为8.98、4.56、3.81、3.12 kΩ。这种力学性能、自愈性能和导电性能均良好的水凝胶与人体运动检测应用具有天然的柔韧匹配性,在电子皮肤和柔性传感器领域有很好的应用前景。

茂金属聚乙烯薄膜料结构与性能

对3种茂金属聚乙烯薄膜料的基础性能、分子量及分布、熔融行为、力学性能和光学性能进行了分析测试,考察了不同工艺下制得的茂金属聚乙烯薄膜料的结构与性能的关系。结果表明:三种薄膜料的分子量分布均比较窄,呈单峰分布,且密度在0.921g/cm^(3)左右,其中具有更低分子量和更高支化度的3~#茂金属聚乙烯薄膜料具有更好的加工性能,并且其断裂标称应变较高、鱼眼少、雾度低。

基于主成分分析的聚乙烯醇-金针菇水提取物复合膜制备、表征与保鲜应用

为开发新型食品包装膜,提高金针菇资源化利用水平,以可降解的聚乙烯醇(PVA)和金针菇水提取物共混制备PVA-金针菇水提取物复合膜。以拉伸强度、断裂延伸率、耐水性系数、厚度、不透明度及水蒸气透过系数等复合膜物理性能参数,研究PVA添加量、2-乙酰柠檬酸三乙酯(ATEC)添加量、金针菇水提物添加量、干燥时间和干燥温度对复合膜物理性能的影响;采用主成分分析法对复合膜性能进行综合评价;并结合响应面分析法,建立了PVA-金针菇水提取物复合膜制备的多元二次回归方程模型,优化了复合膜制备条件,并研究了复合膜在20℃条件下对草莓贮藏期间(6 d)褐变度、失重率、维生素C、丙二醛等保鲜指标的影响。研究结果表明,PVA添加量4.0 g、ATEC添加量4.0 g、金针菇水提物添加量3.9 g、干燥温度62℃,干燥时间3.5 h为最佳制备条件,所得复合膜拉伸强度为31.76±0.50 N/cm^(2)、断裂延伸率为97.99%±0.25%、水蒸气透过系数为1.44×10^(-9)±1.53×10^(-11) g·mm/m^(2)·h·kPa、耐水性系数为549.14±0.94 s/mm、膜厚度为0.062±0.002 mm、不透明度为20.97±0.39,物理性能综合得分为102.25±0.16,与模型预测结果的相对误差为0.57%。红外光谱、扫描电子显微镜、X射线衍射分析表明复合膜结构完整,金针菇水提取物与基质相容性较好,并以氢键结合。通过草莓贮藏期间褐变度、失重率、维生素C以及丙二醛的测定,制备的复合膜显示出较好的保鲜效果。

开放性实验:聚乙烯亚胺修饰碳点的合成、纯化与表征

开放性实验是培养拔尖创新人才的有效手段。我们基于学生兴趣、科研热点和实验室条件,设计了实验方案。实验采用一步水热法,以柠檬酸(CA)为碳源,聚乙烯亚胺(PEI)为修饰剂,合成PEI修饰碳点(PEI-CDs)。首先,将CA、PEI在0.1 mol/L的盐酸中超声至完全溶解,混匀后转移到高压反应釜中,放入烘箱130℃反应2 h,制得PEI-CDs原液;然后将冷却至室温的原液旋转蒸发浓缩至2 mL,并用无水乙醇沉淀、洗涤;最后,将所得沉淀放入真空干燥箱,70℃干燥12 h得到PEI-CDs粉末。利用紫外-可见分光光度计、荧光分光光度计、红外光谱仪和透射电镜对所合成的PEI-CDs进行表征。结果表明,所采用的无水乙醇沉淀纯化方法简单、快速、经济、绿色,制得的PEI-CDs水溶性好,发光性能优异,大小均一,稳定性高。通过该开放性实验,学生不仅熟悉了大型仪器的使用,而且增强了科学研究的兴趣。

聚乙烯共混体系流变行为对吹塑薄膜雾度的影响

研究了线型低密度聚乙烯(LLDPE)/低密度聚乙烯(LDPE)共混体系的吹塑薄膜雾度与流变行为之间的关系。利用DSC、光散射和WLI等方法对吹塑薄膜制品的内部结晶情况及表面形貌进行表征,利用GPC和流变学方法对单组分及共混物熔体的结构进行表征。实验结果表明,LLDPE/LDPE共混体系吹塑薄膜的总雾度主要取决于薄膜的表面粗糙度;薄膜的表面粗糙度与可恢复剪切应变参数(γ_(∞))呈开口向上抛物线函数关系,选择具有合适γ_(∞)的LDPE树脂以及添加量是控制LLDPE/LDPE共混体系吹塑薄膜雾度的关键。

极性分子的结构异同性对接枝改性交联聚乙烯材料直流电性能的影响

为改善高压直流电缆运行过程中绝缘层材料的电导率对温度与电场强度敏感性所导致的电场反转问题,以及直流高压长时间作用下的空间电荷积聚现象,该文采用极性基团接枝改性的方式提升交联聚乙烯(XLPE)材料的直流电性能。由于接枝单体一般为沸点较低的极性小分子化合物,为避免材料在接枝过程中单体的气化损失,首先通过平行双螺杆挤出机配合低温高压计量泵装置实现熔融接枝反应。将丙烯酸酯类小分子化合物(丙烯酸甲酯(MA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA))分别预先接枝到低密度聚乙烯(LDPE)大分子链上制备接枝材料,通过红外光谱测试分析得出接枝单体皆成功接枝到LDPE大分子链上,熔融指数与凝胶含量测定表明材料的流变性能并未发生显著改变,X射线衍射测试与扫描电子显微镜观测发现接枝改性材料的结晶特性保持与基础树脂相似。进一步对三种接枝母料按一定比例稀释并完成交联过程,通过变温直流电导测试发现三种接枝改性材料的电导率-温度敏感性均出现不同程度的下降,综合高温空间电荷测试可以得出,接枝MA的XLPE材料电导率-温度敏感性下降幅度最大、空间电荷分布特性优异;结合第一性原理仿真计算可以进一步得到,三种接枝单体改性XLPE模型的陷阱能级较为一致,其直流电性能的改善效果与接枝单体的静电势分布存在显著关联。

接枝共聚物对乙烯-乙烯醇共聚物/聚乙烯共混物结构及性能的影响

通过熔融共混法制备了乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)/低密度聚乙烯(LDPE)共混物,再加入马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)用于促进EVOH的分散性。利用DSC、SEM、力学性能测试、阻隔性能测试等方法表征了共混物的结构及PE-g-MAH的加入对共混物性能的影响。实验结果表明,LDPE与EVOH不相容,EVOH以球形颗粒均匀分散在LDPE基体中,添加PE-g-MAH后可显著改善EVOH的分散性,大幅降低EVOH的结晶温度,进一步提高EVOH/LDPE共混物的强度及对一类萜类物质的阻隔性能。另外,当EVOH含量为10%(w)时,EVOH/LDPE共混物的阻隔性能相对纯LDPE有明显提升,之后进一步提高EVOH含量,阻隔性能变化不大。

硅酮粉改性超高分子量聚乙烯及其熔体纺丝加工性能

针对超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)熔体加工性能差的问题,应用硅酮粉,采用熔融共混方法对PE-UHMW进行改性,以提高其熔体加工时的流动性。通过扫描电子显微镜与能量色散谱(EDS)表征了硅酮粉在PE-UHMW中的分布,并采用熔体速率测试、旋转流变测试,分析了硅酮粉含量对PE-UHMW熔体流动速率与流变性能的影响。对改性后的PE-UHMW采用熔体纺丝法制备了PE-UHMW单丝,并进行了拉伸强度测试。实验结果表明,随着硅酮粉的增加,其分散性逐渐变差,PE-UHMW熔体流动速率随硅酮粉含量先增加后降低,当硅酮粉质量分数达到4%,其熔体流动速率最高,复数黏度与储能模量最低,5%质量分数的硅酮粉在PE-UHMW基体中团聚较明显,改性后的PE-UHMW熔体流动性降低。熔体纺丝实验结果表明改性后的PE-UHMW可以通过普通单螺杆挤出机熔融挤出初生丝,经超倍热拉伸可以制备高强度单丝。当拉伸倍率为36时,质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW单丝拉伸强度最高,可达1565MPa。因此综合考虑加工性能与单丝强度,采用质量分数3%的硅酮粉改性PE-UHMW较合适。

超高分子量聚乙烯纤维层合板在斜侵彻下的动态响应与失效行为研究

为了研究弹丸斜入射下超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维层合板的抗侵彻响应,分别在0°、10°与20°的入射角下开展了弹道冲击实验,利用高速摄影捕捉动态响应,并在冲击实验后观察破坏形貌.构建了相应的三维有限元计算模型,通过对比实验结果验证了其可靠性,并基于该数值模型,进一步阐明不同入射角下的UHMWPE纤维层合板抗侵彻机理.结果表明:当层合板受到平头弹丸斜侵彻作用时,弹头局部接触所引发的应力集中使得层合板更容易发生强度失效,但由于层合板的等效厚度增加且弹丸偏转所造成的弹体与层合板接触面积增加,使得入射角的影响与弹丸入射速度有关.当入射速度较低时,层合板的抗侵彻性能随着入射角增大而略微减小;而当入射速度远大于弹道极限时,层合板的抗侵彻性能随着入射角增大而增大.

聚乙烯相对分子质量及其分布快速评价方法研究

以国内外采用不同工艺和催化剂生产的17种聚乙烯的测试结果为基础,通过理论推导与模型拟合相结合,建立了以熔体流动速率快速计算相对分子质量及其分布的方法,并由此计算出数均分子量。经验证,该方法准确性较好,可弥补凝胶渗透色谱法的不足,有利于装置生产过程中准确控制产品质量和提高新产品开发效率。

导热绝缘高密度聚乙烯复合材料的制备与性能

文中采用片层状绝缘导热六方氮化硼(h-BN)和高导热导电铜粉(Cu)复配填充来提升高密度聚乙烯(HDPE)的导热性能。控制导热填料总体积分数为30%,通过改变h-BN和Cu在HDPE中的复配比例,实现复合材料中导热网络通路的构建。扫描电镜结果表明,h-BN进入Cu粉无法占据的HDPE基体,起到桥梁作用。h-BN通过连接其周围的Cu粒子,促进了HDPE内部导热网络的形成与构筑。Hot Disk测试结果表明,随着h-BN/Cu比值增加,HDPE复合材料导热系数增大。当V(h-BN):V(Cu)≤1时,大片径h-BN_(30)/Cu体系的热导率高于小片径h-BN_(05)/Cu改性体系;与之相反,当V(h-BN):V(Cu)>1时,相对于大片径h-BN_(30),小片径h-BN_(05)对复合体系热导率的贡献更明显。通过调控h-BN与Cu的含量,实现了在抑制导电网络形成的前提下大幅改善复合材料的导热性能。其研究工作为导热绝缘复合材料的设计制备提供参考。

近红外光谱结合偏最小二乘回归法快速无损测定高密度聚乙烯的熔体流动速率

选择使用多元散射校正(MSC)、一阶导数(D 1)、二阶导数(D 2)、卷积平滑(Savitzky-Golay)等方式对3个牌号高密度聚乙烯(HDPE)粉料样本的近红外光谱进行预处理,使其经预处理后的近红外光谱与相应牌号熔体流动速率(MFR)之间的关联性良好;然后,采用偏最小二乘回归法拟合,建立相应匹配HDPE牌号的MFR定量分析模型,旨在实现快速无损检测。结果表明:上述近红外光谱结合偏最小二乘回归法所建立的匹配于相应3种HDPE粉料的MFR定量分析模型的测试结果均具有很好的复现性,牌号1、牌号2、牌号3的MFR标准偏差依次为0.0158,0.0147,0.0006 g/min,而且该方法快速测定得到的MFR与GB/T 3682.2—2018标准方法测定的均相近。

茂金属聚乙烯薄膜晶点的组成及形成原因

采用凝胶渗透色谱仪(GPC)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜以及红外光谱等分析手段,从原料的分子链结构分析了茂金属聚乙烯薄膜晶点的组成及其形成原因。结果表明,茂金属聚乙烯薄膜晶点的结晶形态与无晶点的正常薄膜的不同,构成晶点的晶体尺寸均匀性远不如无晶点的正常薄膜,这是因为晶点中含有类似于纤维状的晶体,这种晶体先结晶,导致随后形成的晶体在此处生长不均匀。此外,分子链上的端基双键(RCH CH 2)在吹膜过程中引起的分子间交联和分子链中存在的亚甲基序列较长的规整结构,是形成类纤维状晶体的主要因素,而较长亚甲基序列的规整结构是由于共聚单体分布不均匀引起的。

镁铝水滑石抑制聚乙烯粉尘爆炸特性与机理

为寻求新型、清洁、高效的聚乙烯粉尘爆炸抑制剂,将镁铝水滑石用于聚乙烯粉尘爆炸抑制,并从爆炸超压和最低着火温度两方面,分析了镁铝水滑石抑制聚乙烯粉尘爆炸特性,并与氢氧化铝、氢氧化镁进行对比。结果表明,镁铝水滑石对聚乙烯粉尘爆炸超压和最低着火温度的抑制作用均优于氢氧化铝和氢氧化镁。在爆炸超压的抑制方面,在抑制比为2时,镁铝水滑石可完全抑制聚乙烯粉尘爆炸,而氢氧化铝和氢氧化镁对聚乙烯达到完全抑爆所需的抑制比分别为4和5。最低着火温度的抑制方面,抑制比为1时,镁铝水滑石可使聚乙烯粉尘的最低着火温度提高290℃,大于氢氧化铝的260℃和氢氧化镁的250℃。此外,结合镁铝水滑石的热解特性及红外光谱,从物理作用和化学作用两个方面对聚乙烯粉尘爆炸的抑制机理进行分析,揭示了阻断爆炸反应的进程。

聚乙烯分子链结构差异对其介电性能的影响

为探究国内外聚乙烯电缆料性能差异产生的原因,本文通过凝胶渗透色谱(GPC)、旋转流变测试以及自成核退火热分级(SSA)等方法测试了材料的分子量分布、长支链含量以及短支链含量,探讨了一种国产和两种进口500kV交联聚乙烯电缆料的分子链结构与其介电性能的关系。结果表明:聚乙烯体内长支链含量从小到大的顺序为:国产样品、进口B样品、进口A样品;短支链含量从小到大的顺序为:进口B样品、进口A样品、国产样品。其中,进口A样品中较高的长支链含量,有利于分子有序排列和结晶的形成,进而提高其耐压等级;国产样品过高的短支链含量会阻碍分子结晶,导致其击穿场强较低。此外,3种聚乙烯分子链结构的差异对其介电常数、介质损耗因数和电阻率影响不大。