纳米Cu-MOFs/聚乳酸复合静电纺丝薄膜制备及性能文献综述

 2022-11-22 04:11

文 献 综 述

近些年来,随着环境污染问题的日益严重,制造行业开始把眼光转向对环境无污染的“绿色'材料。聚乳酸(PLA)作为一种理想的绿色高分子材料,能够实现在自然界中的循环使用。但也存在着一定的局限性,如耐热性差,成型的聚乳酸制品为结晶和半结晶的状态,且脆性较大。[1]同时近年来,金属有机骨架化合物(MOFs)的设计合成及其在吸附与分离、光、电、催化、药物缓释等领域的性能研究引起了各国科研工作者的广泛关注。MOFs材料性质的应用与其固有的骨架结构有着紧密的联系。[2] 在加工方法方面,静电纺丝方法具有设备简单、制备过程易控的特点,可以被广泛的应用于制备诸多纳米材料,也不断吸引着研究者的目光。

1.1 聚乳酸

1.1.1 聚乳酸概述

聚乳酸是一种合成的生物聚合物,可由玉米、甘薯和甘蔗等农作物制成。淀粉原料经糖化得到葡萄糖,再由葡萄糖及一定菌种发酵制成高纯度的乳酸,再通过化学合成方法制备成具有一定分子量的聚乳酸,经水解或环境因素影响可分解为二氧化碳和水,具有可再生和可降解的特点,对可持续性发展和环境保护意义重大。聚乳酸良好的生物相容性、生物降解性、无毒和可再生性,使其具有广泛的应用性。例如,聚乳酸表现出良好热塑性,可用来生产食品包装材料、一次性用品 (如餐具、手提袋和农用地膜等)、医疗卫生用品 (透析膜、药物载体和手术缝合线)等。但聚乳酸也存在亲水性、热稳定性和机械强度较差等缺点。为改进其不足,扩展用途,满足不同的应用需求,可对其进行功能化的改性。高性能聚乳酸的合成和对其进行功能化改性的研究工作得到了研究者的密切关注,也取得了一定的研究成果。[3]

1.1.2 聚乳酸研究进展

纤维作为一种力学性能较好的增强材料,可有效地改善聚乳酸的力学性能,并在一定程度上提高其韧性和热稳定性。随着对聚乳酸纤维复合材料和生产技术的不断改进提高,这种产品将在一定程度上取代石油基塑料材料。目前,用来增强聚乳酸的纤维主要包括淀粉纤维、羟基纳米磷灰石纤维、玻璃纤维等。Sonseca等[4]对聚乳酸/羟基磷灰石纳米复合材料进行了静电纺丝,并对其形貌、晶体结构以及热稳定性进行了研究,结果表明得到的复合材料具有两种晶体结构,并且具有较高的存储模量、较高的玻璃化转变温度和较好的稳定性。此外,无机填料与聚乳酸复合改性的研究已引起各国科学工作者的广泛关注。Fukushima等[5]通过熔融共混法,制备了聚乳酸/纳米二氧化硅和聚己内酯/纳米二氧化硅两种纳米复合材料。结果发现,使用较高表面积的气相二氧化硅,可得到具有较好热力学性能的复合材料。同时气相二氧化硅的存在对聚己内酯降解性能的影响较低。王劭妤等[6]对聚乳酸与多壁碳纳米管复合材料的非等温结晶动力学进行了研究。碳纳米管起到一个结晶成核的作用。由于碳纳米管的存在,使聚乳酸得结晶温度提高,结晶范围扩大,结晶度也得到一定的改善。在与天然高分子,如淀粉的结合利用方面,淀粉的使用可以改善聚乳酸和其他材料之间的相容性和降解性能,但淀粉的加入往往也有副作用,如得到的复合材料会有较高的吸水性。Byren等[7]用淀粉纤维与聚乳酸复合,制备了一种新型的纳米填充高分子复合材料。这种淀粉纤维来自于蛋白质,与蜘蛛丝具有相同的性能,其长度大约5~10nm。淀粉纳米纤维的加入,使复合材料的玻璃化转变温度、断裂伸长率、杨氏模量都有一定程度的改善。

1.2 金属-有机骨架(MOFs)

1.2.1 金属-有机骨架(MOFs)概述

金属-有机骨架(MOFs)是由金属离子(或团簇)和有机桥联配体通过强配位键构筑而成的高孔网络材料。由于其结构可调、在金属离子和有机连接体的选择和配位上具有巨大的灵活性,可以产生具有可调几何结构、孔道和功能的各种各样的框架;热稳定性高;有机功能性强;孔径大;骨架中金属位置开放;比表面积大等优点,使其成为一种新型的功能材料。在多相催化、气体储存与吸附、药物释放与释放、多模式成像与传感等方面有着广泛的应用。

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