聚氨酯/碳纳米管复合材料的制备及性能研究

论文摘要

本文采用逐步化学接枝的方法，获得了表面接枝有异氰酸酯（IPDI）的多壁碳纳米管（MWCNT-IPDI）。这些碳纳米管在四氢呋喃（THF）中达到了纳米级的分散，溶液变得较透明。因此以这种碳纳米管为填料制得的聚氨酯（PEU）／碳纳米管复合材料具有优异的力学性能，同时由于MWCNT-IPDI侧链的IPDI分子与PEU硬段分子结构相似，并且分子之间能形成氢键作用，故复合材料的硬段玻璃化转变温度有了很明显的提高。也正是因为MWCNT-IPDI在PEU中良好的分散，给水蒸气从碳纳米管内部和边缘的透过造成了好的条件，并且由于MWCNT-IPDI的加入，材料的分子自由能和亲水性增加，这些条件都造成了整个纳米复合材料的透湿性的增大。同样，以3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，8-十三氟-1-辛醇（TDFOL）为原料接枝在碳纳米管上，制得的MWCNT-TDFOL与PEU溶液共混成膜。通过拉伸测试表征，PEU／MWCNT-TDFOL的拉伸强度和断裂伸长率均得到了明显提高，储能模量也有一定的增加。由于MWCNT-TDFOL表面的长氟链向膜表面有限的迁移，PEU／MWCNT-TDFOL复合膜的接触角有一定的增大，疏水性提高。最后，为获得表面疏水性更好的PEU材料以符合生物材料的要求，未处理的MWCNTs、MWCNT-COOH以及MWCNT-TDFOL通过溶液沉积附着在聚氨酯／硬段含氟聚氨酯表面。因为碳纳米管本身的纳米结构以及表面接枝物的疏水性，未处理的MWCNTs和MWCNT-TDFOL所沉积的膜表面接触角有较大提高，血液相容性较好。然而表面有接枝的碳纳米管（MWCNT-COOH和MWCNT-TDFOL）在沉积过程中与基体表面层相互融合使得材料的稳定性增加，获得具有良好生物相容性的聚氨酯膜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 碳纳米管改性和碳纳米管/聚氨酯高分子复合材料的研究进展
• 1.1 简介
• 1.2 碳纳米管的表面改性
• 1.2.1 物理法
• 1.2.1.1 基于电荷转移作用（CNT溶于芳香胺）
• 1.2.1.2 其他作用原理的混合
• 1.2.2 非共价键化学修饰
• 1.2.2.1 借助表活性剂
• 1.2.2.2 借助∏—∏相互作用
• 1.2.3 共价键化学修饰
• 1.2.3.1 基于酸处理的化学修饰法
• 1.2.3.2 其他改性方法
• 1.3 含碳纳米管的高分子纳米复合材料研究
• 1.3.1 CNT与高分子的物理混合
• 1.3.2 CNT存在下的原位聚合
• 1.3.2.1 CNT未参与聚合的原位聚合
• 1.3.2.1 CNT与聚合物以共价键相连
• 1.4 碳纳米管/聚氨酯纳米复合材料
• 1.5 研究目的、方案、及其创新性
• 1.5.1 研究目的及思路
• 1.5.2 研究方案
• 1.5.3 创新性
• 第二章 聚氨酯/接枝异氰酸酯碳纳米管复合材料的制备及性能研究
• 2.1 实验方案
• 2.1.1 材料
• 2.1.2 实验步骤
• 2.1.3 材料表征
• 2.1.3.1 傅立叶红外（FTIR）
• 2.1.3.2 拉伸测试
• 2.1.3.3 动态力学分析（DMA）
• 2.1.3.4 差示扫描量热分析（DSC）
• 2.1.3.5 透湿性（WVP）
• 2.2 实验结果及讨论
• 2.2.1 FTIR测试
• 2.2.2 拉伸性能测试
• 2.2.3 DMA测试
• 2.2.4 DSC表征
• 2.2.5 WVP测试
• 2.3 小结
• 第三章 聚氨酯/氟化碳纳米管复合材料的力学性能及表面性能研究
• 3.1 实验方案
• 3.1.1 材料
• 3.1.2 实验步骤
• 3.1.3 表征方法
• 3.1.3.1 傅立叶红外（FTIR）
• 3.1.3.2 扫描电镜（SEM）
• 3.1.3.3 拉伸测试
• 3.1.3.4 动态力学分析（DMA）
• 3.1.3.4 接触角测试
• 3.2 实验结果及讨论
• 3.2.1 FTIR测试
• 3.2.2 SEM
• 3.2.3 拉伸测试
• 3.2.4 DMA测试
• 3.2.5 接触角测试
• 3.3 小结
• 第四章 碳纳米管沉积聚氨酯/含氟聚氨酯复合膜的表面及生物性能研究
• 4.1 实验方案
• 4.1.1 材料
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.3 表征方法
• 4.1.3.1 接触角测试
• 4.1.3.2 扫描电镜（SEM）
• 4.1.3.3 血小板粘附实验
• 4.2 实验结果及讨论
• 4.2.1 接触角测试
• 4.2.2 SEM
• 4.2.3 血小板粘附
• 4.3 小结
• 第五章 全文总结
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表及待发表的文章
• 致谢