pH和温度双重敏感两亲聚氨酯的合成与性能研究

摘要

两亲聚氨酯(PU)同时具有两亲聚合物材料和聚氨酯材料的优良性能,是一类应用前景十分广泛的两亲性新材料,可用作防水透湿材料、高分子表面活性剂、医用材料等。目前,国内对其研究还不是很深入,因此开展两亲聚氨酯的应用研究十分迫切。
　　文章共分三个部分。第一部分采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃醚-1000(PTMG)和丙烯酸羟乙酯(HEA)为原料,以二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,通过逐步聚合法制备出两端为可聚合双键的离子型两亲PU大单体,并对其性能进行了研究。研究表明聚合温度控制在80℃~82℃,搅拌速率控制在150～250r/min,合成出的PU大单体性能较好;红外光谱表征说明了合成的产物达到预期的目标;合成出的两亲聚氨酯大单体溶液的临界胶束浓度为0.5g/L,远远低于小分子胶束,可以作为乳化剂,有较好的乳化效果;同时,为下章制备两亲聚氨酯网络打下基础。
　　第二部分以两端为可聚合双键的离子型两亲聚氨酯大单体为基础原料,分别以水溶性引发剂过硫酸钾(KPS)和油溶性引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)作引发剂,制备出两种pH敏感两亲聚氨酯网络(WPU系列和DPU系列),研究了不同固含量和不同亲水/疏水链段比例对两亲聚氨酯丙烯酸酯网络的pH敏感性的影响。通过溶胀率(SR)测定,WPU系列与DPU系列均具有pH敏感性;WPU系列的pH敏感性较DPU系列强,这说明对于PU大单体,水的溶解性能比1,4二氧六环好;通过接触角测试,发现WPU系列的接触角均小于DPU系列的接触角,并且对于同一系列的WPU或DPU,其接触角均随着固含量的增加、DMPA含量的减少而减少;采用扫描电镜观察干凝胶截面形态,说明合成出的两亲聚氨酯丙烯酸酯三维网络结构较稳定而均匀。
　　第三部分通过PU大单体与丙烯酰胺(AM)的共聚交联,制备出一种对pH和温度双重敏感的聚氨酯水凝胶,讨论了水凝胶结构及其pH和温度双重敏感性能。通过测定不同水凝胶溶胀比,发现随着WPU含量的减少,AM组分的增加,水凝胶对温度的敏感性变化逐渐增强,随着聚合温度的降低,聚氨酯水凝胶的吸水溶胀性能逐渐降低;在不同酸碱性的介质中,随着WPU含量的降低,SR先是逐步递减,当WPU/AM质量比为1/1时,SR达到最低值,继续减少WPU的用量,SR却呈现增加趋势;通过测定水凝胶体积收缩率,表明丙烯酰胺的引入降低了水凝胶的强度;由红外谱图表明,丙烯酰胺接到了聚氨酯分子链上,反应生成了预期的聚氨酯水凝胶;通过透射电镜和扫描电镜分析,PU大单体与AM混合相容性较好,WPU/AM水凝胶未出现相分离现象;通过DSC分析,测定干凝胶DSC谱图上均只出现一个玻璃化转变温度(Tg)峰,Tg值随AM含量的增加而增加,表明反应得到了组分相容性良好的水凝胶;通过对吸水平衡后的凝胶进行DSC分析,表明水凝胶中可冻结自由水的含量大大高于不可冻结水含量,并且不可冻结自由水含量随着WPU含量的增加而降低。

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第一章 绪 论

1.1 两亲聚合物研究进展

1.2 两亲聚氨酯研究进展

1.3 聚氨酯水凝胶

参考文献

第二章 两亲聚氨酯丙烯酸酯大分子单体的合成及性能研究

2.1 实验部分

2.2 测试与表征

2.3 结果与讨论

2.4 小结

参考文献

第三章 两亲pH敏感聚氨酯网络的合成及性能研究

3.1 实验部分

3.2 性能测试

3.3 结果与讨论

3.4 结论

参考文献

第四章 pH和温度双重敏感聚氨酯水凝胶的合成及性能研究

4.1 实验部分

4.2 性能表征

4.3试验结果与讨论

4.4 结论

参考文献

致谢

附录1硕士期间发表文章