基于姜黄素和碳量子点水性聚氨酯的制备及其性能研究

发布时间：2020-08-22 04:55

【摘要】：水性聚氨酯(WPU)材料作为一种多功能环境友好型高分子材料,受到科研工作者重视。随着时代和社会的飞速发展,新型功能材料相继出现,使用者对高性能材料呼声高涨,因此单一材料性能很难满足现有需求。目前,在众多领域具有潜在实用价值的荧光聚氨酯引起了广泛关注。因此,本课题利用化学键合方法,分别采用姜黄素(CUR)和自制的碳量子点(CQDs)对WPU进行改性,成功制备了CUR-WPU和CQDs-WPU,通过单因素实验,确定最佳的合成方案,并分别对各产品的结构及其性能进行表征。具体研究内容如下:首先,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)(M_n=2000)为主要原料,1,4-丁二醇(BDO)为小分子扩链剂,双羟甲基丙酸(DMPA)为亲水单体,CUR为荧光交联剂,采用内乳化法,根据逐步加成聚合的原理制备出CUR-WPU分散液。系统探讨了n(-NCO):n(-OH)、DMPA用量及CUR用量对CUR-WPU分散液外观、稳定性、粒径大小、胶膜力学性能和耐水性的影响,结果表明:n(-NCO):n(-OH)为4.5,DMPA用量为6.0 wt.%,CUR用量为0.2 wt.%时,CUR-WPU分散液及胶膜的综合性能较优。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测定结果表明反应按照预期进行,产物结构与目标产物结构一致。X-射线衍射法(XRD)、热重分析(TG)、原子力显微镜(AFM)及扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明:CUR的引入使得CUR-WPU胶膜的结晶度降低,但由于其交联程度提高,故耐热稳定性也明显提高;且其胶膜软段和硬段的相容性增加,微相分离程度减小,胶膜表面变得更加平整。对CUR-WPU的光学性能进行检测,结果表明:CUR-WPU的荧光强度大于CUR的荧光强度。在CUR浓度为4.0×10~(-6) mol/L~4.0×10~(-4) mol/L宽范围内,CUR-WPU分散液的荧光强度随着CUR浓度的增大也随之增大,但当浓度增大到4.0×10~(-4) mol/L时,CUR-WPU的荧光强度出现下降的趋势,即CUR-WPU分散液中存在浓度自猝灭效应。CUR-WPU分散液的荧光强度随着体系温度的升高呈下降趋势,CUR-WPU对猝灭剂对苯二酚不敏感。其次,研究了碳量子点改性的水性聚氨酯(CQDs-WPU)。先对制备的CQDs进行了荧光性能检测和结构表征,证明其具备与聚氨酯预聚体(PPU)发生反应的条件。然后以IPDI和BDO为硬段、聚丙二醇(PPG)(M_n=1000)为软段、DMPA为亲水扩链剂、CQDs为荧光交联剂,采用内乳化法制备了CQDs-WPU。系统探讨了n(-NCO):n(-OH)、DMPA用量及CQDs用量对CQDs-WPU分散液外观、稳定性、粒径大小、胶膜力学性能的影响,结果表明:n(-NCO):n(-OH)为4,DMPA用量为6.0 wt.%,CQDs用量为0.3 wt.%时,CQDs-WPU分散液及胶膜的综合性能较优。FT-IR和~1H-NMR检测结果表明目标产物CQDs-WPU已成功制备。XRD、TG、AFM及SEM测试结果表明:CQDs的引入使得CQDs-WPU胶膜结晶度降低,但由于其交联程度提高,耐热稳定性也明显提高,且其胶膜软硬段相容性增加,微相分离程度减小。对CQDs-WPU的光学性能进行了检测,结果表明:相比于CQDs,CQDs-WPU具有更高的荧光强度。CQDs-WPU分散液与CQDs水溶液有着相似的荧光特性,保留了CQDs原有的激发波长独立性,且具有优异的荧光稳定性。同时随着CQDs添加量的增加,CQDs-WPU的荧光强度先增强后降低,即CQDs-WPU分散液存在浓度自猝灭效应。从WPU和CQDs-WPU胶膜的透明外观照片可以看出CQDs-WPU胶膜保留了原始WPU胶膜的透明度。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ323.8
【图文】：

水性聚氨酯,结构示意图

PU）自问世以来，由于其多功能的特强度、高致密性的世界 6 大合成材料之一[1,2]。溶剂的蒸发，这无疑增加了大气中的有机挥发物康造成不利影响。随着人们对环境问题意识的采取相应的措施来减少工业部门的 VOC 排放排放行为。因此，水性聚氨酯（Waterborne Poly 更绿色的理想替代材料，其具有优良的弹性、基材适应性[5-8]，对环境友好，已越来越受到人硬段和软段交替排列组成的嵌段共聚物[9]，其具体，硬段通常由二异氰酸酯和小分子扩链剂组成长链多元醇组成，主要提供弹性。WPU 的结构酸酯、多元醇、小分子扩链剂等。因此随着社变 WPU 的加工工艺、助剂种类、原料及其配比异的 WPU 材料。

标尺,粒径分布

Fig. 3-7 a) Transmission electron microscope image (scale bar: 50 nm) and b) corresponding particle sizedistribution of the as prepared CQDs采用H-7650型透射电子显微镜对CQDs的形貌及粒径分布进行表征分析。从图3-7aCQDs 的 TEM 图可看出，制备的 CQDs 呈球形，且无明显团聚，分散性良好。从图 3-7b的粒径分布图可以看出 CQDs 的粒径主要分布在 1.1-2.6 nm，平均粒径为 1.8 nm，并且其具有不均一的尺寸，这刚好印证了该 CQDs 的激发波长独立性质归因于其均一的发射位点。10 20 30 40 50 60Intensity(a.u.)2 theta (°)图 3-8 CQDs 的 XRD 谱图Fig. 3-8 XRD patterns of CQDs

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