可聚合聚氨酯表面活性劑及其水凝膠的制備與表征.pdf

1、可聚合表面活性劑,與傳統(tǒng)表面活性劑相比,也能使表面張力顯著降低,且由于其分子結(jié)構(gòu)中含有雙鍵,在乳液聚合中,除了起到乳化作用的同時(shí),還可以以共價(jià)鍵的方式鍵合到聚合物粒子表面,最終成為聚合物的一部分,避免了乳化劑從聚合物粒子上解吸或在乳膠膜中遷移,減少了傳統(tǒng)表面活性劑的殘留。聚氨酯表面活性劑與傳統(tǒng)的小分子表面活性劑相似,也有良好的表面活性,并且有生物相容性。本文合成了三類(lèi)可聚合聚氨酯表面活性劑,研究了它們的表面活性及可聚合性能,并將其應(yīng)用于

2、水凝膠的制備。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.首先采用不同分子量的聚乙二醇(PEG)和異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)反應(yīng),制備端羥基大分子,然后加入馬來(lái)酸酐,引入雙鍵和羧酸基團(tuán),再用有機(jī)胺中和,制得了一系列既有羧酸陰離子又有PEG非離子鏈段的可聚合聚氨酯表面活性劑 PUI和 PUII。該系列表面活性劑的臨界膠束濃度(CMC)約為0.002-0.013 g/mL。對(duì)甲基丙烯酸酯單體的乳化效果很好,8 h均不分層。對(duì)聚氨酯丙烯酸酯乳化,紫

3、外光固化后測(cè)得約為83-85％的乳化劑參與了聚合反應(yīng)。
　　2.第二部分工作,是采用PEG和IPDI反應(yīng)后,用丙烯酸-2-異氰酸乙酯(AOI)封端,制備了一類(lèi)可聚合非離子聚氨酯表面活性劑PUIII和PUIV。PUIII,PUIV表面活性劑的CMC值是0.001 g/mL,對(duì)甲基丙烯酸酯單體的乳化效果很好,8h均不分層。對(duì)聚氨酯丙烯酸酯乳化,紫外光固化后測(cè)得約為80％-84％的乳化劑參與了聚合反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,通過(guò)改進(jìn)膠束共聚技術(shù),

4、以可聚合表面活性劑自組裝形成的膠束做交聯(lián)劑,與丙烯酰胺通過(guò)自由基共聚合制備了一類(lèi)高彈性的水凝膠。當(dāng)乳化劑濃度為0.005 g/mL時(shí),由PUIII,PUIV制得的水凝膠的斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)到1600％,850％?？赏ㄟ^(guò)改變可聚合表面活性劑的用量來(lái)改變其機(jī)械性能,且其機(jī)械能儲(chǔ)存效率(回復(fù)率)在應(yīng)變?yōu)?00％時(shí),高達(dá)96％。該水凝膠的高回復(fù)率是因?yàn)槟z網(wǎng)絡(luò)中膠束上的疏水氫鍵的可逆組裝,削弱了凝膠的損耗斷裂能。
　　3.通常采用膠束共聚技術(shù)

5、制得的具有較高機(jī)械性能的水凝膠,加入到大量水中后,凝膠會(huì)變脆,并失去最初的高機(jī)械性能。同時(shí),大多數(shù)已報(bào)道的形狀記憶水凝膠的形變和形狀恢復(fù)過(guò)程都需要在較高溫度(50-80℃)條件下進(jìn)行。到目前為止,還沒(méi)有既是高彈性又具有水響應(yīng)形狀記憶的水凝膠報(bào)道。基于第二部分工作,考慮到可以增加疏水鏈段來(lái)進(jìn)一步改善水凝膠的機(jī)械性能,我們?cè)赑UIII和PUIV的基礎(chǔ)上引入聚酯二元醇PBA疏水鏈段,得到可聚合聚氨酯表面活性劑PUV和PUVI,并研究了它們對(duì)丙

6、烯酰胺水凝膠性能的可調(diào)控性。結(jié)果表明,由于PBA鏈段的疏水效應(yīng),采用可聚合聚氨酯表面活性劑PUV和PUVI均制備出了具有高彈性的水凝膠。當(dāng)乳化劑濃度為0.01 g/mL時(shí),由PUV, PUVI制得的水凝膠的斷裂伸長(zhǎng)率可達(dá)到2400％,1280％。該水凝膠溶脹平衡后仍表現(xiàn)出高度的拉伸行為(斷裂伸長(zhǎng)率大于700％),及更好的回復(fù)性(幾乎沒(méi)有滯后作用和殘余應(yīng)變)。而且利用水凝膠的高彈性和脫水誘導(dǎo)丙烯酰胺網(wǎng)絡(luò)的玻璃化轉(zhuǎn)變,該水凝膠具有水響應(yīng)形狀