论文部分内容阅读
可降解生物质及高分子复合材料由于其可再生、可循环以及可生物降解等环境友好性能，对其的研究已经成为近年来高分子复合材料研究的一大热点。本课题旨在以可降解的高分子（聚乳酸、聚己内酯）以及天然植物纤维（桉木、竹纤维）分别为研究基体，采用合成的封闭型异氰酸酯为交联剂，通过对基体材料交联改性，从而设计、制备一系列新型的可降解的环境友好型高分子复合材料，并对其性能进行了深入详细的研究，从而为可降解生物质及高分子复合材料领域的研究提供些许理论支持。主要研究内容及结果如下:
1.以甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，三羟甲基丙烷(TMP)以及阴离子型亲水单体(DMPA)和非离子型亲水单体(PEG-1000)等为原料，用甲乙酮肟(MEKO)、乙二醇乙醚(EC)以及己内酰胺(CL)为封闭剂，设计、制备了一系列高性能的阴离子和非离子型封闭异氰酸酯交联剂，并对其性能进行了表征和分析。结果显示:三种封闭剂均能很好起到封闭效果，制备的封闭型异氰酸酯交联剂的均能很好的水分散，有很好的贮存稳定性，优异的交联性能以及适中的解封温度。
2.采用高分子增韧改性技术以及溶液铸膜的方法制备了柔性聚乳酸(PLA)复合膜材料，并利用合成的封闭型异氰酸酯交联剂对PLA复合膜材料进行交联改性，从而得到综合性能优异的PLA复合膜材料。体系包括:a）疏水性的聚己内酯(PCL)增韧改性PLA;b）亲水性的聚乙二醇（PEG-20000）增韧改性PLA;c)合成的端羟基聚氨酯(HPU)增韧改性PLA。研究了制备的PLA复合膜材料中的各组分含量的变化对材料的力学性能、结晶行为、热性能，界面性能，降解性能以及形状记忆性能等的影响，并从微观结构上对其改进性能进行了分析。结果发现PCL、PEG-20000以及HPU均很好的改善了PLA膜材料的韧性;添加封闭型异氰酸交联剂后，交联改性的PLA复合膜材料在力学性能，热性能，界面强度以及形状记忆性能等方面均有了一定幅度的提高。另外，我们发现通过调节PLA复合膜材料的组分比能得到同时兼有良好降解性能和形状记忆性能的生物材料，这对其在生物医药领域的应用有着很好的促进作用。
3.以PCL为基体材料，纳米羟基磷灰石(HAP)以及多壁碳纳米管(MWNTs)为改性纳米粒子，可降解聚氨酯交联剂(BPUC)作为界面改性剂，通过溶液铸膜的方法制备得到了具有形状记忆性的纳米复合膜材料。对制备的纳米复合膜材料的力学性能、界面性能、结晶行为以及热性能进行了研究。结果显示:添加界面改性剂以及复合生物活性纳米粒子后，PCL复合膜材料在力学性能，界面强度以及热性能等方面均得到了增强;考察了基于交联PCL体系的纳米复合膜材料的形状记忆特性，从聚合物分子链之间相互作用，以及其与无机纳米粒子之间的界面作用机理入手，分析了复合材料的优异的形状记忆特性。
4.采用天然生物质纤维（桉木、竹纤维）为基体原料，合成的HPU以及封闭型异氰酸酯交联剂为改性材料，通过高温热压工艺一步交联固化成型制备了桉木纤维、竹纤维与HPU的生物质复合材料。研究了预处理、工艺条件及湿热环境对复合材料的力学性能的影响，同时对复合材料的拉伸断裂形貌进行了电镜扫描，分析了其界面性能。结果发现制备的复合材料具有优异的力学性能、热性能以及耐水性能，引入封闭型异氰酸酯交联剂成分，从生物质分子水平偶联、复合，大大提高了天然生物质材料的界面强度。