磷酸二氢铵溶液为凝固浴增强聚氨酯/丝素复合材料的研究
聚氨酯材料是一种具有高回弹性的材料，它的断裂伸长率最高可以达到800%，因此聚氨酯材料在皮革、鞋帽、衣服、装饰、履带等领域都得到了广泛的应用。丝素是一种无毒无刺激和生物相容性非常好的天然蛋白质高分子材料，将聚氨酯与丝素复合得到的聚氨酯/丝素复合材料既保持了丝素的生物相容性，又能够保持聚氨酯良好的韧性，因此在生物医学领域具有很好的应用前景。近年来，越来越多的研究人员将聚氨酯与丝素进行复合，然而两种材料复合后导致了力学性能的降低，严重阻碍了聚氨酯/丝素复合材料在生物医学领域的应用。因此，如何增强聚氨酯/丝素复合材料的力学性能显得十分重要。本文选用磷酸二氢铵溶液为凝固浴制备出了聚氨酯材料及聚氨酯/丝素复合材料，通过该方法制备的材料的力学性能有了大幅度的提高。 本文首先采用湿法成膜的方法以磷酸二氢铵溶液为凝固浴制备出了聚氨酯膜。通过对该聚氨酯膜的表征测试，发现以磷酸二氢铵溶液为凝固浴制备出的聚氨酯膜的内部含有许多针状的磷酸二氢铵纳米晶体，该纳米晶体与聚氨酯大分子界面结合良好，另外发现该聚氨酯膜的氢键力有所增强，磷酸二氢铵的结晶度有所增加。经过分析表明由于磷酸二氢铵在聚氨酯膜中以针状纳米晶体的形式存在，该纳米晶体的长径比为6000-17000，能够对聚氨酯膜起到很好的增强效果，另外磷酸二氢铵中的N-H键和聚氨酯分子中的C=O键易形成氢键作用，并且能够促进聚氨酯的规则排列，从而进一步提高了聚氨酯膜的力学性能。当磷酸二氢铵的摩尔浓度为2mol/L时，利用磷酸二氢铵溶液为凝固浴制备出的聚氨酯膜的拉伸强度、断裂伸长率以及断裂功均达到最大值，分别为7.64MPa、2245.78%和3.81J，与未经过磷酸二氢铵凝固浴处理的聚氨酯膜相比分别提高了295.85%、72.03%和237.17%。 其次，采用相同的方法以磷酸二氢铵溶液为凝固浴制备出了聚氨酯/丝素复合膜。通过扫描电镜对该复合膜进行表征测试，发现以磷酸二氢铵溶液为凝固浴制备出的聚氨酯/丝素复合膜的内部也含有针状的磷酸二氢铵纳米晶体，该纳米晶体与聚氨酯大分子界面结合良好。通过比较两种不同质量比的复合膜发现，聚氨酯和丝素的质量比为9:1时经过磷酸二氢铵凝固浴制备出的复合膜的力学性能提升幅度要大于聚氨酯和丝素的质量比为7:3时制备出的复合膜。当凝固浴中磷酸二氢铵的摩尔浓度为4.00mol/L时，聚氨酯/丝素复合膜（聚氨酯：丝素=9:1）的拉伸强度、断裂伸长率、断裂功和弹性模量均达到最大，最大值分别为7.65MPa、1856.72%、3.90J和3.59N/mm，分别提高了483.97%、98.71%、202.33%和255.45%。 最后，基于上述的发现，本文采用湿法纺丝的方法制备出了聚氨酯纤维及聚氨酯/丝素复合纤维。通过扫描电镜对聚氨酯纤维和聚氨酯/丝素复合纤维进行表征测试，发现以磷酸二氢铵溶液为凝固浴制备出的聚氨酯纤维和聚氨酯/丝素复合纤维的内部也存在针状的磷酸二氢铵纳米晶体，该纳米晶体与聚氨酯大分子界面结合良好。并且通过磷酸二氢铵溶液制备出的聚氨酯纤维及聚氨酯/丝素复合纤维的力学性能有了很大的提升。其中，当凝固浴中磷酸二氢铵的摩尔浓度为2.00mol/L时，聚氨酯纤维和聚氨酯/丝素复合纤维（聚氨酯：丝素=9:1）的拉伸强度、断裂伸长率、断裂功和弹性模量均达到最大，以磷酸二氢铵溶液为凝固浴制备的聚氨酯纤维相比未经磷酸二氢铵凝固浴处理的聚氨酯纤维分别提高了57.14%、215.86%、302.18%和57.14%，以磷酸二氢铵溶液为凝固浴制备的聚氨酯复合纤维则比未经磷酸二氢铵凝固浴处理的聚氨酯复合纤维分别提高了128.57%、109.46%、214.46%和100.00%。
聚氨酯;丝素;磷酸二氢铵;复合膜;复合纤维;力学性能
武汉纺织大学
硕士
材料学
徐卫林;刘欣
2016
中文
TB332
2020-03-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）