【摘要】：智能高分子膜是當今世界材料領(lǐng)域的研究熱點之一,世界各國都在積極地對這一新興功能材料進行研究和開發(fā)。本文所合成并制備的溫度和pH雙重敏感聚氨酯膜不僅具有普通聚氨酯膜的眾多優(yōu)異性能,還具有溫度、pH敏感特性,在化工、環(huán)保、醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域顯示了廣闊的應(yīng)用前景。本文通過兩步嵌段共聚法和浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化法,選用具有優(yōu)良結(jié)晶性能的長鏈聚己內(nèi)酯二元醇(PCL)合成聚氨酯軟段,選用4,4’ 二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)以及分別帶有易離子化基團-COOH和-N(CH3)-的2,2 二羥甲基丙酸(DMPA)和N 甲基二乙醇胺(MDEA)合成聚氨酯硬段,合成并制備了具有溫度和pH雙重敏感特性的智能聚氨酯膜。研究了易離子化基團引入含量對聚氨酯膜的相態(tài)結(jié)構(gòu)、表面和截面形貌、孔隙率、表面親水性、力學(xué)性能、透過通量等產(chǎn)生的影響;從結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系入手,深入探討了聚氨酯的溫度和pH敏感特性機理;研究了聚氨酯膜對L-苯丙氨酸(L-Phe)的可控透過性,初步探討了該類聚氨酯膜在藥物控制釋放、物質(zhì)分離等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。具體地,以PCL、MDI、DMPA等為基本原料,合成并制備了DMPA型溫度和pH雙重敏感聚氨酯膜。利用差示掃描量熱儀(DSC)、水接觸角測量儀、電子拉力機以及孔隙率測試、水通量測試和吸水率測試等方法對該種聚氨酯膜的結(jié)構(gòu)和性能進行了表征。研究發(fā)現(xiàn),PU(1)、PU(2)、PU(3)和PU(4)分別在48.2、47.1、45.9和44.0°C顯示了相似的軟段結(jié)晶熔融峰,結(jié)晶熔融轉(zhuǎn)變溫度及其相應(yīng)的焓值依次呈降低趨勢。另外,隨著聚氨酯分子鏈上易離子化基團-COOH引入量的增加,聚氨酯膜表面親水性增強、孔隙率增大、力學(xué)性能下降。當溫度由35°C升高到55°C時,4種聚氨酯膜的軟段發(fā)生了從結(jié)晶態(tài)到橡膠態(tài)的轉(zhuǎn)變,其水通量顯著變大,顯示了溫度敏感性;PU(2)、PU(3)和PU(4)由于分子鏈上引入了易離子化基團-COOH,其水通量和吸水率在4.0~5.5的pH范圍內(nèi)發(fā)生了明顯的改變,顯示了pH敏感性。以PCL、MDI、MDEA等為基本原料,合成并制備了MDEA型溫度和pH雙重敏感聚氨酯膜。研究了不同易離子化基團-N(CH3)-引入量對聚氨酯膜結(jié)構(gòu)形貌、表面親水性、力學(xué)性能、水透過通量等性能產(chǎn)生的影響。研究發(fā)現(xiàn),PU(a)、PU(b)、PU(c)和PU(d)均顯示了一個相似的結(jié)晶熔融吸收峰,分別對應(yīng)于各自的軟段結(jié)晶熔融轉(zhuǎn)變。聚氨酯膜的截面呈現(xiàn)了皮層、指狀大孔和海綿狀的三層結(jié)構(gòu),并隨著-N(CH3)-引入量的增加,聚氨酯膜的指狀大孔體積依次增大、海綿狀結(jié)構(gòu)層依次變薄。隨著易離子化基團-N(CH3)-引入量的增加,聚氨酯膜的孔隙率呈增大趨勢、膜表面水接觸角減小、力學(xué)性能降低。當溫度從低溫提高到各自的軟段結(jié)晶熔融溫度以上時,4種聚氨酯膜的水通量明顯變大,顯示了溫度敏感性;當pH從8.5升高到10時,聚氨酯分子鏈完成了一次由離子化向質(zhì)子化的轉(zhuǎn)變,4種聚氨酯膜的水通量明顯變大,顯示了pH敏感性。根據(jù)聚氨酯膜的智能敏感特性,以PU(3)為膜材料,研究了溫度和pH雙重敏感聚氨酯膜對L-Phe的可控透過性,初步探討了該類聚氨酯膜在藥物控制釋放、物質(zhì)分離等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。研究發(fā)現(xiàn),聚氨酯軟段的結(jié)晶性能具有良好的熱致可逆性和可回復(fù)性。聚氨酯膜上表面有一些細小的孔洞結(jié)構(gòu),平均尺寸為幾十納米;下表面相對平整、致密;截面由表皮層、指狀大孔和海綿狀的3層結(jié)構(gòu)組成。相對致密的下表層(海綿狀層)決定聚氨酯膜的選擇透過性。聚氨酯膜表面的水接觸角隨液滴堿性的增加而減小,在4.0~5.5的pH范圍內(nèi),水接觸角急劇減小,顯示了明顯的pH響應(yīng)性。隨著溫度的升高,聚氨酯膜對L-Phe的透過通量增大、截留率減小,在溫度達到聚氨酯軟段結(jié)晶熔融溫度時,透過通量和截留率均發(fā)生了明顯的改變,顯示了溫度可控性。隨著pH值的升高,聚氨酯膜對L-Phe的透過通量減小,在4.0~5.5的pH范圍內(nèi),透過通量急劇減小;截留率隨著pH的升高而增大,在4.0~5.5以及8.5~10.0的pH范圍內(nèi),截留率表現(xiàn)出了兩個急劇增大的過程,顯示了pH可控性。本文對豐富和拓展聚氨酯材料以及智能高分子膜材料具有一定的指導(dǎo)意義和借鑒作用。
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【學(xué)位授予單位】：湖南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TQ317;TB383.2

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

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本文編號：2306700