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  • ISSN 1008-9357
  • CN 31-1633/O6

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研究亮点
串联光照可控自由基聚合制备纳米氟核水凝胶:助力含氟小分子的水相分离
龚红红, 张志成
2020, 33(4): 313-315. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20200528001
摘要:
全氟和多氟化合物,特别是全氟辛酸(PFOA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)对多个国家和地区的水资源造成了污染。目前这类有机污染物处理技术在成本和效率方面存在的局限性,促使人们开发更高选择性和高亲和力的吸附剂。近期,复旦大学陈茂研究员团队报道了一种通过可见光催化的无金属串联光控自由基聚合得到的多氟纳米颗粒镶嵌的水凝胶吸附剂。这种吸附剂材料对于各种电性的全氟或多氟化小分子均表现出了优异的吸附性能,且在没有明显性能损耗的基础上可完成5次以上的吸附-解吸附循环。该方法为去除水中的PFOA、PFOS等全氟或多氟化小分子提供了新策略。
π-共轭纤维状杂化纳米结构的精准构筑与功能化
邱惠斌
2020, 33(4): 316-319. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20200601002
摘要:
π-共轭聚合物因在电致发光材料、场效应晶体管等领域具有潜在的应用前景而受到人们的广泛关注。通过π-共轭聚合物的可控组装实现纳米纤维结构的精确构筑一直是提升材料性能的研究方向和挑战之一。近来,中国科学院上海有机化学研究所黄晓宇、冯纯课题组将非共价作用与活性结晶驱动自组装相结合,实现了多组分和多功能的以π-共轭对苯撑乙烯撑寡聚物(OPV)为核的纤维状杂化纳米结构的精确构筑及选择性功能化。利用“自晶种”(self-seeding)和活性“种子增长”(seeded growth)制备了以OPV为核,不同壳层的三嵌段和五嵌段单分散纳米纤维,并实现了对纤维各个嵌段长度的控制。利用聚2-乙烯基吡啶(P2VP)壳层作为后功能化锚点,可将无机纳米粒子(CdTe量子点、Au、Ag和Fe3O4纳米粒子)、聚合物球形胶束、SiO2/TiO2层负载在纤维状胶束的P2VP壳层中,并可单独对含有不同壳层的多嵌段纤维状胶束的P2VP壳层进行选择性修饰。这为多组分和多功能的π-共轭杂化纳米纤维状结构的高效构筑提供了一条新途径。
特约综述
耐高温无色透明聚酰亚胺的研究进展
兰中旭, 韦嘉, 俞燕蕾
2020, 33(4): 320-332. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190705001
摘要:
聚酰亚胺(PI)以其优异的耐热稳定性、化学稳定性及介电性能,在航空航天、微电子、光电工程、液晶显示、分离膜等领域得到广泛应用。传统PI显示棕色或棕黄色,限制了其在光电工程领域的应用。因此,近年来发展耐高温无色透明PI备受关注。针对近年来国内外耐高温无色透明PI的研究现状,从分子结构设计出发,总结了耐高温无色透明PI的制备策略,包括引入强电负性基团、脂环结构、大取代基团、不对称和刚性非共平面结构,以及可聚合的无机纳米粒子等;并讨论了分子结构对PI的热稳定性、尺寸稳定性、光学性能、溶解性等的影响;最后对耐高温无色透明PI的发展趋势和应用前景进行了展望。
研究论文
低带隙氮杂稠环共轭微孔聚合物用于光催化染料的降解
张杭, 王磊, 程浩, 徐航勋
2020, 33(4): 333-341. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190424004
摘要:
利用1,2,4,5-苯四胺和环己六酮单体之间缩合反应得到一种具有低带隙(1.22 eV)的氮杂稠环共轭微孔聚合物(aza-CMP)。光催化降解实验证明aza-CMP可以在可见光和近红外光下进行高效光氧化反应,有效地驱动催化各种有机染料例如刚果红、罗丹明B和甲基橙的降解。对比试验表明,相比其他常见光催化剂如P25二氧化钛(P25-TiO2)、石墨相碳化氮(g-C3N4)和银负载二氧化钛(Ag-TiO2),aza-CMP具有更加高效的有机污染物光催化降解性能。此外,多次循环光催化实验表明,aza-CMP在催化过程中的结构非常稳定,在多次降解循环实验后仍能保持其分子结构和高催化活性,进一步说明光催化降解有机分子染料的活性来源于光生空穴和单线态氧。最后,液相色谱-质谱联用分析清楚地验证了aza-CMP催化降解有机染料的途径。
基于不对称星形聚合物制备Janus杂化金纳米粒子
刘子强, 张国颖
2020, 33(4): 342-349. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190819001
摘要:
利用原子转移自由基聚合(ATRP)和叠氮-炔基点击化学反应,对β-环糊精(β-CD)进行不对称改性,在其宽截面一侧聚合得到14条亲水性聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAM)链,在其窄截面一侧偶联7个硫辛酸(LA)基元,得到不对称星形聚合物(LA)7-CD-(PNIPAM4614,采用配体交换法以此聚合物对金纳米粒子进行表面修饰,得到表面具有不对称化学组成和亲疏水性的Janus杂化金纳米粒子(Au3.1-CD-(PNIPAM4614),该两亲性Janus杂化金纳米粒子可以在选择性溶剂水中组装形成类似于胶束结构的球状组装体。
聚醚醚酮/介孔硅酸钙镁复合材料表面周期性微沟槽对细胞行为的影响
韩航, RAMESKaewmanee, SYEDAsadullah, 沈学宁, 潘泳康, 钱军, 王雪红, 魏杰
2020, 33(4): 350-356. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190617001
摘要:
采用飞秒激光在聚醚醚酮/介孔硅酸钙镁复合材料表面构建了不同宽度(20、40 μm和60 μm)的周期性微沟槽,考察了微沟槽宽度对大鼠骨髓间充质干细胞黏附、增殖与分化的影响。结果表明:不同宽度的周期性微沟槽可以调控细胞的响应行为。经过飞秒激光精确而超快烧蚀,微沟槽的内表面形成了微纳结构,暴露出大量的介孔硅酸钙镁颗粒,其内表面粗糙度明显提高;随着微沟槽宽度的增加,复合材料表面的蛋白质吸附性能提高,而且明显促进了大鼠骨髓间充质干细胞响应;当微沟槽宽度为60 μm时,复合材料表面显著地促进了细胞黏附、增殖与成骨分化,并且诱导细胞沿着沟槽方向生长。
Pickering乳液模板法制备pH响应型双重防腐蚀功能微胶囊
董佳豪, 潘威豪, 陶俊杰, 罗静
2020, 33(4): 357-364. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20191115002
摘要:
首先以SiO2纳米粒子作为Pickering乳化剂稳定含有苯胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和1,6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA)的油相;然后以紫外光引发GMA和HDDA聚合,在油水界面快速形成聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)壳层;最后加入过硫酸铵引发苯胺在油水界面的化学氧化聚合形成聚苯胺(PANI)壳层,从而得到PGMA@PANI微胶囊。该微胶囊具有复合壳层结构,PGMA壳层可以稳定乳液滴形貌并提高微胶囊韧性,PANI壳层赋予微胶囊防腐及pH响应释放性能。在PGMA@PANI微胶囊内部负载缓蚀剂2-巯基苯并噻唑(MBT)后形成的MBT-PGMA@PANI微胶囊具备双重防腐蚀功能。电化学阻抗谱测试研究表明将MBT-PGMA@PANI微胶囊添加到环氧树脂涂层中可显著提高涂层的防腐蚀性能。
软段含侧链烷烃的聚氨酯/纳米TiO2杂化材料的制备
陈萍萍, 张南杰, 李忠军, 徐军, 黄胜, 芮平, 张杰
2020, 33(4): 365-372. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190809001
摘要:
通过单硬脂酸甘油酯(GMS)与丁二酸酐反应,合成了两种结构明确的带有C-18侧链的梳状聚酯二元醇(GS)。以二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、1,4-丁二醇(BDO)和GS为原料,合成得到了软段带有C-18侧链的端NCO聚氨酯(PUGS);PUGS进一步与纳米TiO2复合制得聚氨酯/纳米TiO2杂化材料(PUGS-Ti)。用1H-NMR、FT-IR、DSC、WAXD、SEM、AFM和接触角测量仪对PUGS及其杂化材料的表面形貌和性能进行了表征,考察了侧链烷烃含量和TiO2的用量对PUGS及其杂化材料表面性能的影响。结果表明,PUGS结构中的侧链烷烃显著降低了表面能,提高了水在其表面的接触角。在PUGS-Ti中,通过调控侧链烷烃含量和TiO2的用量,可以有效调节材料的表面能,实现表面的超疏水性。
基于聚二元羧酸异山梨醇酯二醇聚氨酯的制备与性能
曹宝仁, 许祥鸿, 王贵友
2020, 33(4): 373-381. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190619002
摘要:
利用生物基异山梨醇(IS)和具有不同亚甲基链长的脂肪族二元羧酸反应制备了生物基聚二元羧酸异山梨醇酯二醇(PISA)。用PISA和1,4-丁二醇(BDO)与4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)反应制备了生物基聚氨酯(Bio-PU)材料。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)和差示扫描量热(DSC)等对PISA的结构和热性能进行了表征。利用FT-IR、DSC、动态热机械分析(DMA)、原子力显微镜(AFM)和力学性能测试等研究了PISA重复单元中亚甲基数对Bio-PU的结构与性能的影响。结果表明,随着二元羧酸链长增加,PISA的玻璃化转变温度(Tg)逐渐下降、结晶性提高且黏度下降。随着PISA重复单元中亚甲基数增加,Bio-PU的氢键作用减弱,Tg下降,储能模量、屈服强度以及亲水性降低,但断裂强度和断裂伸长率提高。
纤维素/海藻酸钠复合气凝胶的表面功能化与仿生矿化
査莉, 王璐瑶, 郑雅慧, 车剑飞
2020, 33(4): 382-389. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20191120001
摘要:
通过高碘酸钠和亚氯酸钠的2次氧化法,对纤维素/海藻酸钠复合气凝胶进行表面氧化改性,将纤维素和海藻酸钠表面C2和C3位置的羟基氧化为羧基,有效地提高了复合气凝胶的矿化能力。通过傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)、体外细胞毒性测试等对羧基化改性前后在复合气凝胶支架上的沉积物进行表征。结果表明,改性后复合气凝胶表面的磷灰石形成速率更快,晶粒更小,沉积层更均匀;改性复合气凝胶表面的羧基具有更强的Ca2+结合能力,可以诱导Ca2+吸附在气凝胶表面,使矿化能力提高。同时,小鼠成纤维细胞实验表明,矿化后的复合气凝胶无毒性,可以促进细胞生长和分化,是性能良好的骨组织工程材料。
季铵化壳聚糖/纳米氧化锌杂化胶体粒子的制备及性能
冉海燕, 朱叶, 顾瑶, 罗静, 刘晓亚
2020, 33(4): 390-398. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190520001
摘要:
以羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖(QAC)和L-半胱氨酸(L-cys)为稳定剂制备羟丙基三甲基氯化铵壳聚糖/纳米氧化锌(QAC/ZnO)杂化胶体粒子。通过红外光谱、X射线衍射、X射线光电子能谱、热重分析对QAC/ZnO杂化胶体粒子的化学组成进行分析;用Zeta电位仪、纳米粒度仪、透射电镜对杂化胶体粒子的粒径及形貌进行了系统的表征;通过紫外、细胞实验等对杂化胶体粒子的紫外透光率、抗氧化性、光催化活性以及细胞毒性进行了表征。结果表明,QAC/ZnO杂化胶体粒子具有良好的紫外线屏蔽性和抗氧化性,且无细胞毒性,在防晒化妆品领域有一定的应用前景。
高分子量外消旋聚乳酸的合成、表征及工艺优化
王雅琪, 杨洋, 王柳迪, 李玉林, 刘昌胜
2020, 33(4): 399-406. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190512001
摘要:
通过丙交酯开环聚合制备了高分子量的外消旋聚乳酸(PDLLA),研究了反应温度、反应时间以及催化剂与单体的物质的量之比对PDLLA数均分子量的影响,获得了优化的聚合工艺条件。采用凝胶渗透色谱(GPC)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振波谱(NMR)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热(DSC)、热重分析(TGA)、电子万能试验机等对所制备聚乳酸的数均分子量、化学结构、热性能、力学性能进行了表征,并研究了PDLLA膜的降解性能及与小鼠成纤维(L929)细胞的生物相容性。根据正交实验结果,当催化剂与单体的物质的量之比为2.04∶5 000、反应温度为135 ℃、聚合时间为4.5 h时,可得到数均分子量为2.01×105的PDLLA。如果综合考虑单体转化率,则反应时间可选为6.0 h。制备得到的PDLLA的拉伸强度为(39.91±1.34) MPa,断裂伸长率为3.94%±0.54%,弹性模量为(1.68±0.34) GPa。PDLLA降解初期缓慢,降解220 d之后,降解速率迅速增加。体外生物相容性实验表明,PDLLA膜可促进L929细胞的增殖。
咔唑基噻咯微孔骨架材料的合成及其气体吸附
舒格, 李昱达, 汪锋
2020, 33(4): 407-414. doi: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20190810001
摘要:
分别以1,1-二甲基-3,4-二苯基-2,5-双(4-(9-苯基-咔唑))噻咯、1-甲基-1,3,4-三苯基-2,5-双(4-(9-苯基-咔唑))噻咯和1,1,3,4-四苯基-2,5-双(4-(9-苯基-咔唑)噻咯单元为前驱体,通过氧化偶联聚合,制备了3种微孔骨架材料CPDM-CzS、CPPM-CzS和CPDP-CzS。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、冷场发射扫描电子显微镜(FSEM)和透射电子显微镜(TEM)对3种聚合物的结构和形貌进行了表征,采用N2吸附、CO2吸附、H2吸附和CH4吸附对材料的孔道性能和气体吸附性能进行了研究。结果表明:CPDM-CzS具有较高的CO2吸附量(2.1 mmol/g,113 kPa,273 K)和优良的CO2/N2选择性气体吸附值(75.2),CPPM-CzS具有较高的H2吸附量(0.0151 g/g,113 kPa,77 K)。