水性聚氨酯(WPU)是一種性能優(yōu)異、符合環(huán)保要求的新型高分子材料,但是水性聚氨酯在實(shí)際應(yīng)用中還存在很多不足之處,如耐水性差、力學(xué)性能差、抗紫外線差以及不具備環(huán)境響應(yīng)特性。為了克服水性聚氨酯的固有缺點(diǎn),提高其自身性能,新型改性聚氨酯的研發(fā)顯得至關(guān)重要。本論文針對(duì)如何提高水性聚氨酯的環(huán)境響應(yīng)特性、耐水性、力學(xué)性能以及紫外吸收能力等系列問題,通過引入環(huán)境響應(yīng)因子、耐水因子以及紫外吸收因子,設(shè)計(jì)合成了三種新型的水性聚氨酯復(fù)合材料,并對(duì)所制備的改性水性聚氨酯復(fù)合材料進(jìn)行了環(huán)境響應(yīng)性能、耐水性能、力學(xué)性能和紫外吸收性能考察,以評(píng)價(jià)其作為生物醫(yī)藥載體材料和水性涂料的表現(xiàn)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:利用共聚改性引入環(huán)境響應(yīng)因子羧甲基纖維素鈉(CMC),選擇具有良好生物兼容性的異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為硬段、聚乙二醇(PEG)為軟段,設(shè)計(jì)合成了環(huán)境響應(yīng)型水性聚氨酯復(fù)合材料。以乳液粒徑為評(píng)價(jià)指標(biāo),系統(tǒng)考察了影響環(huán)境響應(yīng)型水性聚氨酯合成的各方面因素,包括異氰酸酯基與羥基摩爾比、親水劑含量、CMC含量、預(yù)聚反應(yīng)溫度和時(shí)間等。通過測(cè)試得出,復(fù)合材料具有良好的球形結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性。復(fù)合材料載藥后,球形結(jié)構(gòu)變差,但仍保持良好的成球性。羧甲基纖維素鈉引入,使得復(fù)合材料載藥后,在堿性環(huán)境下具有pH環(huán)境響應(yīng)性。但是,由于復(fù)合材料良好的熱穩(wěn)定性能,同時(shí)使得復(fù)合材料載藥后無明顯的熱響應(yīng)性能。通過復(fù)合改性引入耐水因子石墨烯(GO)和碳納米管(CNT),選擇異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)作為硬段、聚丙二醇(PPG)作為軟段,并利用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)偶聯(lián)劑對(duì)WPU和耐水因子進(jìn)行偶聯(lián),設(shè)計(jì)合成了耐水型水性聚氨酯復(fù)合材料。以固含量為評(píng)價(jià)指標(biāo),系統(tǒng)考察了影響耐水型水性聚氨酯合成的各方面因素,包括異氰酸酯基與羥基摩爾比、親水劑含量,研究了石墨烯(GO)和碳納米管(CNT)改性條件。發(fā)現(xiàn)APTES成功改性了石墨烯和碳納米管,改性后的石墨烯與WPU具有良好的兼容性,而改性后的碳納米管則在WPU中出現(xiàn)輕微團(tuán)聚現(xiàn)象。耐水因子的引入,在微觀上,使得水性聚氨酯的結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化,材料表面變得平整,而在宏觀上,使得耐水型WPU復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性能、優(yōu)異的力學(xué)性能以及顯著的耐水性能。當(dāng)CNT/GO比值為1:2時(shí),與純WPU相比,復(fù)合材料的熱分解溫度提高了30℃,拉伸強(qiáng)度提高了33.3%,斷裂伸長率降低了53.8%,耐水性提高了71.5%。設(shè)計(jì)合成了紫外吸收型水性聚氨酯復(fù)合材料,以MDI-50為硬段、聚丙二醇(PPG)為軟段,通過復(fù)合改性,向WPU分子鏈中引入紫外吸收因子二氧化鈦(TiO_2)。以乳液外觀為評(píng)價(jià)指標(biāo),系統(tǒng)考察了影響紫外吸收型水性聚氨酯合成的各方面因素,包括異氰酸酯基與羥基摩爾比、親水劑含量、預(yù)聚反應(yīng)溫度和時(shí)間、擴(kuò)鏈反應(yīng)溫度和時(shí)間。研究了二氧化鈦TiO_2改性條件。發(fā)現(xiàn)3-氨丙基三乙氧基硅烷成功改性了納米TiO_2,改性后納米TiO_2均勻分散在WPU基材。紫外吸收型WPU復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的熱性能,熱穩(wěn)定性明顯提高。紫外性能測(cè)試表明所制備的紫外吸收型WPU復(fù)合材料具有良好的紫外吸收性能。
【學(xué)位單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ323.8
【部分圖文】：

聚氨酯的穩(wěn)定性，且制備的水性聚氨酯具有良好的成膜現(xiàn)了水性聚氨酯工業(yè)化[25]。1970-1980 年，水性聚氨酯研國 Bayer 公司將 WPU 用作皮革涂飾劑，這標(biāo)志著 WPU 開90 年開始，伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長，人們環(huán)境保護(hù)理念不了一場(chǎng)“綠色革命”。而在這場(chǎng)綠色的潮流中，WPU 起類型酯依照其乳液外觀、使用方法、合成原料以及含有的親類如圖 1-1 所示。其中單組分水性聚氨酯可以直接使用。就可以達(dá)到所要求的使用性能[27]。而雙組分水性聚氨酯

燕山大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。通常對(duì)明膠水凝膠[94-95]進(jìn)行化學(xué)改性以提高其力入體內(nèi)釋放完藥物后，幾個(gè)月內(nèi)就可被人體降解和吸收。膠原質(zhì)來自外基質(zhì)[96]，物理交聯(lián)后膠原質(zhì)凝膠力學(xué)強(qiáng)度十分有限。盡管化學(xué)交聯(lián)理性能，但是，其生產(chǎn)成本很高，并且存在潛在的免疫反應(yīng)[97]。纖維手術(shù)縫合線的一種常用材料。在凝血酶的催化作用下，由血纖維蛋白纖維蛋白凝膠[99]。使用后，不會(huì)引發(fā)炎癥。降解后，又不會(huì)產(chǎn)生有毒優(yōu)良的藥物釋放載體材料。然而，其力學(xué)強(qiáng)度同樣較差，使得其應(yīng)用在某些特定領(lǐng)域。

第 1 章 緒 論聚丙烯酸（PAA）及其共聚物凝膠包覆胰島素[102]、溶解酵素和白蛋白等蛋白質(zhì)后，可實(shí)現(xiàn)藥物的控制釋放。常用作口服胰島素的藥物載體[103]材料是聚丙烯酸-g-聚乙二醇共聚物的水凝膠。該凝膠對(duì)菌種無細(xì)胞毒性，且能夠提升藥物的滲透能力，使胰島素更快到達(dá)單層細(xì)胞。聚乙烯醇（PVA）水凝膠可以通過 PVA 與戊二醛（環(huán)氧氯丙烷）化學(xué)交聯(lián)制備。該凝膠具有高彈性，且在室溫下性能穩(wěn)定，可用作藥物微球的載體材料[104]。但是，PVA 水凝膠在生理環(huán)境下無法降解。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2810317