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Fe_3O_4/聚乳酸基聚氨酯纳米复合形状记忆材料的制备及性能研究

郑兵  
【摘要】:形状记忆聚合物作为一类新型智能材料,近年来研究十分活跃,在航空航天、包装等领域均具有广阔的应用前景,并且可以广泛应用于生物医学领域。目前,大多数形状记忆聚合物都是热致型的,即被加热到超过其形变回复温度时聚合物可恢复到固定的形状。但是在某些特殊场合如人体环境中不能用环境热源对其直接加热,而要采用“远程遥控加热”的方式,即采用磁场等非接触式的诱导感应加热方法,使聚合物达到形变回复温度。 形状记忆聚乳酸基聚氨酯(PLAU)是一类具有良好生物相容性和可降解性的形状记忆聚合物,在环境热源下表现出有良好的形状记忆性能。磁性纳米粒子具有独特的表面效应,经表面活性剂修饰后,可用来做形状记忆聚合物填料以改善材料性能。本论文就Fe_3O_4/PLAU纳米复合形状记忆材料的制备及性能开展了如下的研究工作。 1. Fe_3O-4/PLAU纳米复合形状记忆材料的制备及性能研究 采用原位聚合的方法合成了以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为硬段、聚乳酸(PLA)为软段、1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂、Fe304纳米粒子为填充粒子的复合材料。研究了不同Fe304含量对复合材料的热性能、力学性能、水浴中的形状记忆性能及交变磁场中的形状记忆性能的影响。结果表明,随Fe304含量增加,复合材料的形状回复率先升高后降低,力学性能下降。复合材料在水浴和交变磁场中均具有良好的形状记忆性能,形状恢复温度在40℃到55℃之间,形状保持率均在97%以上,形状回复率均在80%以上,最高形状回复率达到99.4%。通过调节Fe304纳米粒子含量可以将材料的最低形状记忆温度调节到人体体温附近。 2.不同软硬段比例对Fe_3O_4/PLAU纳米复合形状记忆材料性能影响的研究 用原位聚合的方法合成了一系列具有不同软硬段比例及Fe304含量的Fe3O_4/ PLAU纳米复合形状记忆材料。并对不同软硬段比例的复合材料的热学性能、力学性能、形状记忆性能做了比较。结果表明,随着硬段含量增加,样品具有更好的结晶性能,玻璃化温度降低,拉伸强度升高,断裂伸长率降低,形状回复率提高,形状回复时间缩短。3种不同软硬度按比例的复合材料在水浴和交变磁场中均表现出良好的形状记忆性能,形状恢复温度在35℃到55℃之间,形状保持率均在97%以上,形状回复率均在85%以上,最高形状回复率达到96.4%。 3. Fe_3O_4/MPU纳米复合形状记忆材料的制备及性能研究 通过将硬段的HDI换成4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),用原位聚合的方法合成了一系列不同Fe304含量的Fe_3O_4/MPU纳米复合形状记忆材料,并对不同硬段的复合材料热学性能、力学性能、形状记忆性能做了比较。结果表明,以MDI为硬段的复合材料玻璃化温度升高,断裂伸长率下降,形状回复率增大,形状回复时间缩短。复合材料在水浴和交变磁场中均表现出良好的形状记忆性能,形状恢复温度在40℃到55℃之间,形状保持率均在97%以上,形状回复率均在85%以上,最高形状回复率达到96.4%。


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