來源于植物油和纖維素納米晶的超分子聚合物納米復合材料

【引言】

超分子聚合物一般指采用超分子化學方法，即利用氫鍵、配位作用、π - π 相互作用等非共價鍵相互作用而獲得的聚合物，可分為主鏈型超分子聚合物和側鏈型超分子聚合物兩大類。超分子聚合物復合材料定義為纖維、填料等增強體均勻分散在超分子聚合物基體中的復合材料。超分子聚合物納米復合材料作為一種有別于傳統聚合物基納米復合材料的新型納米復合材料而深受人們的重視。

【成果簡介】

汪鐘凱與唐傳兵等人通過超分子方法由大豆油（SO）及纖維素納米晶(CNCs)制備了一種具有刺激響應行為與較高機械強度的生物基高分子納米復合材料。在復合體系中，從SO獲得的聚合物基質通過點擊化學反應被修飾以羥基基團與羧基基團，這些基團與CNCs間形成較強的氫鍵作用，有效提升了納米復合材料體系中基質與填料的相容性。制備得到的納米復合材料表現出較高的拉伸強度，其儲能模量在200℃的高溫下仍然能夠維持穩定。此外，這些納米復合材料的機械強度顯示出對水的快速可逆刺激響應，從而可實現利用外部刺激調節復合體系中的分子間氫鍵作用。由于原料與產物具有生物相容、環境友好等特點，這些由生物質資源制備得到的納米復合材料可用于包裝、刺激響應材料等多個領域。

【圖文導讀】

圖1：由CNCs與SO制備得到超分子納米復合材料。

（A）由CNCs與SO制備得到的超分子納米復合材料示意圖（以-COOH基為例）。

（B）通過巰基-烯烴點擊化學反應給SO修飾-OH基或-COOH基。

圖2：¹H-NMR譜圖與DSC曲線

（a）P1、P1-OH的¹H-NMR譜圖。

（b）P2、P2-OH、P2-COOH的¹H-NMR譜圖。

（c）P1、P1-OH的DSC曲線。

（d）P2、P2-OH、P2-COOH的DSC曲線。

圖3：對CNCs、P2-COOH、含20 wt％CNCs的P2-COOH/CNCs納米復合材料的表征。

（a）CNCs的AFM圖。

（b）含20 wt％CNCs的P2-COOH/CNCs納米復合材料的SEM圖。

（c）CNCs與P2-COOH混合體系在DMF溶液中振蕩或靜置10分鐘后的照片。

（d）P2-COOH與含20 wt％CNCs的P2-COOH/CNCs納米復合材料的DSC曲線。

圖4：應力-應變曲線

（a）P1-OH-30、P2-OH-30、P2-COOH-30的應力-應變曲線。

（b）P2-COOH-30、P2-COOH-20、P2-COOH-15、P2-COOH-10、P2-COOH-5的應力-應變曲線。

圖5：DMA分析結果。

（a）含5-30 wt% CNCs的P2-COOH/CNCs納米復合材料的儲能模量隨溫度的變化。

（b）含5-30 wt% CNCs的P2-COOH/CNCs納米復合材料的損耗角正切tanδ隨溫度的變化。

圖6：室溫環境下P2-COOH/CNCs納米復合材料的吸水率變化。

（a）室溫環境下含5-30 wt% CNCs的P2-COOH/CNCs納米復合材料的吸水率隨浸入去離子水中的時間的變化。

（b）室溫環境下P2-COOH/CNCs納米復合材料的平衡吸水率隨CNCs含量的變化。

圖7：水引起含不同含量CNCs的P2-COOH/CNCs納米復合材料儲能模量的轉換。

（a）水引起P2-COOH-30儲能模量的轉換。

（b）水引起P2-COOH-20儲能模量的轉換。

（c）水引起P2-COOH-10儲能模量的轉換。

（d）水引起P2-COOH-5儲能模量的轉換。

（e）P2-COOH-30室溫風干過程中儲能模量隨時間的變化。

（f）使用潛水夾具進行DMA實驗。

文獻：Song L, Wang Z, Lamm M E, et al. Supramolecular Polymer Nanocomposites Derived from Plant Oils and Cellulose Nanocrystals[J]. Macromolecules, 2017, 50(19).