物理交联型聚氨酯水凝胶的制备及其溶胀性能的研究

发布时间：2017-07-30 16:21

  本文关键词：物理交联型聚氨酯水凝胶的制备及其溶胀性能的研究

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【摘要】：能够吸收大量水分而只溶胀不会被溶解的聚合物,叫做高分子水凝胶,可以通过分子链的结构设计来满足应用中不同的力学、溶胀等性能的要求。聚氨酯是一种典型的嵌段聚合物,可以通过分子结构的设计表现出良好的耐磨性能、低温柔韧性能等。聚氨酯脲水凝胶结合了聚氨酯和水凝胶的优点,其应用范围越来越广泛。本文合成了物理交联型的聚氨酯脲水凝胶和聚氨酯脲-聚乙烯醇共混水凝胶,并研究了水凝胶的力学性能、溶胀性能以及其对于外界环境的响应性能等。文章可以分为以下三个部分：(1)脲基含量对聚氨酯脲水凝胶力学及溶胀等性能的影响本章首先采用聚乙二醇(PEG)和聚环氧丙烷醚二元醇(PPG)为软段,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为硬段,二羟甲基丙酸(DMPA)和—缩二乙二醇(DEG)分别为亲水扩链剂和小分子扩链剂合成了聚氨酯预聚体溶液,并以水作为间接扩链剂与残余的NCO基团反应产生脲基,合成了系列不同脲基含量的物理交联型聚氨酯脲水凝胶。采用红外光谱测试和扫描电镜测试表征了水凝胶的结构,并探讨了体系中脲基的含量对聚氨酯脲水凝胶力学性能、热学性能以及溶胀性能的影响。结果表明：该系列水凝胶没有明显的孔洞结构,随着水凝胶体系中脲基含量的增大,水凝胶的压缩强度和拉伸强度逐渐变大,平衡溶胀吸水率逐渐降低；水凝胶具有一定的环境响应性,温度越高,水凝胶平衡溶胀比越小；在酸性条件下,聚氨酯脲水凝胶的平衡溶胀比受溶液pH的影响不大,而在碱性条件下(当pH大于10时),其平衡溶胀比随溶液pH的增大明显变大；将水凝胶置入具有不同离子强度的溶液中,水凝胶的平衡溶胀比随溶液离子强度的增大而逐渐降低。脲基含量的增大对于水凝胶胶膜的耐热性能影响不明显,耐热性能只有略微的降低。(2)PEG致孔剂用量对聚氨酯脲水凝胶力学及溶胀等性能的影响本章选用第二章中具有较好拉伸强度的配方,以聚乙二醇(PEG)和聚醚二元醇(PPG)为软段,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为硬段,二羟甲基丙酸(DMPA)、一缩二乙二醇(DEG)为亲水扩链剂和小分子扩链剂,合成了聚氨酯脲的预聚体溶液,以水为间接扩链剂合成具有一定脲基含量的聚氨酯脲溶液,采用聚乙二醇(Mn=1000)作为致孔剂,合成了系列不同PEG致孔剂用量的聚氨酯脲水凝胶,采用红外光谱和扫描电镜对聚氨酯脲水凝胶结构进行了表征,探讨了致孔剂PEG1000的用量对聚氨酯脲水凝胶的溶退胀、力学性能以及环境响应性能的影响。结果表明：以PEG1000作为致孔剂,致孔效果较好；当致孔剂(PEG1000)的用量大于12%时,聚氨酯脲水凝胶具有较好的微孔结构,并且其平衡溶胀吸水率可以提高将近1倍。致孔剂PEG1000的加入降低了聚氨酯脲水凝胶胶膜的拉伸性能,其压缩强度也有略微降低,但是,当其含量为12%,仍能保持较好的机械性能,拉伸强度和断裂伸长率分别可达8.17 MPa和2145%。该系列的聚氨酯脲水凝胶具有一定的pH值和离子浓度敏感性能,且在不同pH的缓冲溶液中交替放置时,其溶胀度能够呈现具有规律性的变化。(3)聚氨酯脲-聚乙烯醇(PUA-PVA)共混水凝胶的制备及性能的研究第三章中致孔剂的加入,能够提高水凝胶的溶胀性能,但是其平衡溶胀比不大。为了进一步提高水凝胶的溶胀度,本章采用亲水性更好的聚乙烯醇(PVA)材料,通过物理共混的方法,成功制备了系列不同PVA含量的聚氨酯脲-聚乙烯醇共混水凝胶,并通过红外,扫描电镜表征了水凝胶的结构,平衡溶胀比的测试表征了水凝胶对pH值和离子强度的敏感性,并研究了水凝胶的压缩性能,溶胀性能以及保水性能。结果表明：合成的PUA-PVA共混水凝胶的孔洞结构均匀,具有优异的吸水性能,当PVA含量为30%时,水凝胶的平衡溶胀比可以达到3.2,且其压缩强度随PVA含量的增加而逐渐增强。PUA-PVA共混水凝胶对外界环境(pH值及离子强度)具有一定的敏感性,当溶液pH值增大时,水凝胶的平衡溶胀比(ESR)逐渐升高,而当溶液离子强度增大时,水凝胶的平衡溶胀比(ESR)逐渐降低。该系列的PUA-PVA共混水凝胶样品的结构很稳定,溶胀性能良好,并且其保水性能也较为优良。
【关键词】：聚氨酯 水凝胶 聚乙烯醇 敏感性
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O648.17
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-25
• 1.1 聚氨酯简介10-12
• 1.2 水凝胶简介12
• 1.3 水凝胶的分类12-15
• 1.4 水凝胶的应用15-16
• 1.4.1 创伤敷料15
• 1.4.2 药物缓释载体15
• 1.4.3 细胞支架15
• 1.4.4 人工髓核15-16
• 1.4.5 保水剂16
• 1.5 聚氨酯水凝胶研究进展16-18
• 1.6 本课题的研究意义及主要内容18-20
• 1.6.1 脲基含量对聚氨酯脲水凝胶力学及溶胀等性能的影响19
• 1.6.2 PEG致孔剂用量对聚氨酯脲水凝胶力学及溶胀等性能的影响19
• 1.6.3 聚氨酯-聚乙烯醇(PUA-PVA)共混水凝胶的制备及性能研究19-20
• 参考文献20-25
• 第二章 脲基含量对聚氨酯脲水凝胶力学性能及溶胀等性能的影响25-42
• 2.1 前言25
• 2.2 实验部分25-30
• 2.2.1 原料与仪器25-26
• 2.2.2 合成方法26-27
• 2.2.3 性能测试27-30
• 2.3 结果与讨论30-39
• 2.3.1 红外光谱分析30-31
• 2.3.2 扫描电镜(SEM)分析31
• 2.3.3 水凝胶37℃时吸水率测试31-33
• 2.3.4 水凝胶干胶膜及溶胀后胶膜的力学性能测试33-34
• 2.3.5 水凝胶压缩性能分析34-35
• 2.3.6 水凝胶温度敏感性分析35-36
• 2.3.7 水凝胶pH敏感性分析36-37
• 2.3.8 离子浓度敏感性分析37-38
• 2.3.9 水凝胶热性能分析38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 参考文献40-42
• 第三章 PEG致孔剂用量对聚氨酯脲水凝胶力学及溶胀等性能的影响42-57
• 3.1 前言42-43
• 3.2 实验部分43-47
• 3.2.1 原料与仪器43
• 3.2.2 合成方法43-44
• 3.2.3 性能测试44-47
• 3.3 结果与讨论47-55
• 3.3.1 红外光谱分析47-48
• 3.3.2 水凝胶扫描电镜(SEM)分析48-49
• 3.3.3 水凝胶吸水率分析49-50
• 3.3.4 水凝胶pH敏感性50-51
• 3.3.5 水凝胶HG9和HG11的离子强度敏感性51-52
• 3.3.6 水凝胶膜力学性能52-53
• 3.3.7 水凝胶的压缩性能分析53-54
• 3.3.8 水凝胶的溶退胀性能54-55
• 3.4 本章小结55-56
• 参考文献56-57
• 第四章 聚氨酯脲-聚乙烯醇(PUA-PVA)共混水凝胶的制备及其性能研究57-72
• 4.1 前言57
• 4.2 实验部分57-62
• 4.2.1 原料与仪器57-58
• 4.2.2 合成方法58-59
• 4.2.3 性能测试59-62
• 4.3 结果与讨论62-70
• 4.3.1 水凝胶红外光谱图分析62-63
• 4.3.2 水凝胶扫描电镜SEM分析63-64
• 4.3.3 水凝胶压缩性能分析64-65
• 4.3.4 水凝胶溶胀性能分析65-66
• 4.3.5 水凝胶HG12和HG15样品pH敏感性分析66-67
• 4.3.6 水凝胶HG14样品离子强度敏感性67-68
• 4.3.7 水凝胶溶退胀性能分析68-69
• 4.3.8 水凝胶的保水性能分析69-70
• 4.4 本章小结70-71
• 参考文献71-72
• 第五章 结论72-74
• 致谢74-75
• 硕士期间发表论文75

【参考文献】

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本文编号：595108