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基于二氧化硅纳米微球的串珠状/多孔状纳米纤维的制备及其结构与性能研究

张苒  
【摘要】:纳米二氧化硅具有比表面积大、吸附性强、化学稳定性高以及生物相容性好等优点,与聚合物复合可形成具有优异特性的有机无机复合材料,近年来在光电能源,生物医学和过滤阻隔等领域深受青睐。然而,由于纳米二氧化硅微球表面富含极性羟基基团,在有机物基体中分散性与界面结合较差,而通过表面化学修饰方法使其均匀分散在有机物基体中,进而获得既具有特殊结构又兼具优良性能的杂化材料成为目前研究的热点。本论文在采用Stober法制备了粒径可控的一系列二氧化硅纳米微球的基础上,以APTES对其进行表面化学修饰,再结合静电纺丝等方法成功制备了基于二氧化硅纳米微球的串珠状和多孔状一维结构纳米纤维,并系统探究了串珠状和多孔状纳米纤维的结构及其相关性能。基于Stober法制备粒径可控的Si02纳米微球,利用硅烷偶联剂APTES对其进行表面化学修饰,并通过原子转移自由基聚合法(ATRP)在Si02纳米微球表面接枝聚合物单体(MMA)。采用TGA、SEM、 TEM、GPC等表征手段研究表明,证明成功制备出具有明显核壳结构的SiO2-PMMA纳米微球。以静电纺丝基本理论为依据,系统分析采用SiO2-PMMA纳米微球为原料可直接电纺纳米纤维的可行性,并成功制备SiO2-PMMA纳米微球构成的串珠状形貌一维结构纳米纤维。通过SEM、TEM等手段研究发现,当Si02纳米微球粒度越大,纺丝液浓度越小,接枝高聚物分子量越小时,越有利于串珠状纳米纤维形貌的形成。基于Stober法和氨基改性方法制备了SiO2-NH2纳米微球,以PMMA为致孔剂、聚丙烯腈(PAN)为碳源,结合溶胶-凝胶、静电纺丝及高温烧结等方法,成功制备了SiO2-NH2纳米微球构成的多孔状一维纳米纤维,并从理论上系统分析了不同因素对多孔二氧化硅纳米纤维形貌的影响规律。通过SEM、TEM、XRD等测试分析表明,增加SiO2-NH2纳米微球含量和PMMA/PAN质量比,有利于提高纳米纤维多孔结构的孔径与孔容。在此基础上,采用浸渍法成功将药物酒石酸美托洛尔负载于二氧化硅多孔纳米纤维载体上,然后分别置于模拟肠液和模拟胃液环境测试表征药物释放行为,结果发现,所制备的多孔二氧化硅纳米纤维能够成功载药并且表现出优异的缓释效果。


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