透濕性可控的智能聚合物薄膜的制備與表征.pdf

1、本文對形狀記憶聚氨酯和溫敏性水凝膠的制備作了嘗試，對其結(jié)構(gòu)與性能進行了測試及分析.并在此基礎(chǔ)上探討了透濕性可控的智能復(fù)合薄膜的制備及其性能表征。
　　 以聚已二酸丁二醇酯(PBAG)、聚已內(nèi)酯(PCL)和聚乙二醇(PEG)為軟段材料，甲苯-2，4-二異氰酸酯(TDI)為硬段，1，4-丁二醇(BDO)為擴鏈劑，采用溶液聚合法，合成了系列形狀記憶聚氨酯。由此，系統(tǒng)討論了軟段分子量、硬度含量對聚氨酯熱學(xué)性能、結(jié)晶結(jié)構(gòu)及透濕性能的影響。

2、隨著軟段分子量和硬段含量的增加，形狀記憶聚氨酯軟硬鏈段的相分離程度增加，從而導(dǎo)致薄膜的透濕性能有所增加。同時，隨著軟段分子量的增加和硬段含量的降低，聚氨酯的觸發(fā)溫度Ts，m向高溫區(qū)域移動。選取PBAG基形狀記憶聚氨酯系列中兩種具有代表性的形狀記憶聚氨酯，以不同比例進行了物理混合，進而探討不同混合比例對混合所得的混合型聚氨酯的相轉(zhuǎn)變溫度的影響，以及尋找混合型聚氨酯的相轉(zhuǎn)變溫度與其組分中各單一聚氨酯的相轉(zhuǎn)變溫度之間的關(guān)系。基于相同軟段材料但

3、不同分子量和硬段含量所得的聚氨酯混合體，其觸發(fā)溫度的變化與其組分中各單一聚氨酯的含量呈現(xiàn)線性變化關(guān)系。這種物理共混方法可以成為控制形狀記憶聚氨酯觸發(fā)溫度的一種有效方法，并應(yīng)用于可呼吸織物及膜的制備上，尤其適用于基于相同合成材料的形狀記憶聚氨酯。通過在軟段材料中引入親水性聚合物聚乙二醇(PEG)可以獲得在室溫溫度范圍的觸發(fā)溫度，且由于聚乙二醇的加入增加了整個聚氨酯體系的親水性，因此其透濕量也顯著提高。
　　 以N.N'-亞甲基雙丙

4、烯酰胺(BIS)為擴鏈劑，過硫酸銨(APS)和四甲基乙二胺(TEMED)分別為引發(fā)劑和加速劑，采用自由基聚合法合成聚(N-異丙基丙烯酰胺-丙烯酸鈉)[poly(NiPAAm-co-SA)]水凝膠。系統(tǒng)研究了聚[N-異丙基丙烯酰胺-丙烯酸鈉)凝膠體系在不同丙烯酸鈉含量、交聯(lián)劑濃度、溶液濃度(共聚單體在水溶液中的百分率)及其不同溶脹介質(zhì)中的溶脹性能。同時，也研究了在不同pH和溫度下，凝膠體系的激發(fā)響應(yīng)性能。研究結(jié)果表明丙烯酸鈉(SA)含量控

5、制在相對于總單體的10％(mol/mol)之內(nèi)，才能獲得有顯著熱敏性的聚(N-異丙基丙烯酰胺-丙烯酸鈉)水凝膠，即水凝膠溶脹率在最低臨界溶液溫度區(qū)域附近的變化幅度可達到和超過50％。由于親水性共聚單體丙烯酸鈉的引入，極大地提高了水凝膠網(wǎng)絡(luò)的溶脹性能，其溶脹能力相比與未加入丙烯酸單體的水凝膠，提高了20～40倍。在此基礎(chǔ)上，采用相分離技術(shù)。制備出了具有快速響應(yīng)件和強溶脹惟能的聚(N-異丙基丙烯酰胺-丙烯酸鈉)凝膠體系。
　　 最后

6、，采用兩種方法制備了智能透濕復(fù)合薄膜。方法一，是將干凝膠微顆粒與非離子型形狀記憶聚氨酯進行復(fù)合涂層后，采用濕法成膜工藝制備成膜，方法二，是將溶脹平衡狀態(tài)下的水凝膠微顆粒與離子型形狀記憶聚氨酯進行復(fù)合涂層后，采用于法成膜工藝制備成膜。所得到的智能透濕復(fù)合薄膜，其透濕原理在于熱敏型(形狀記憶)聚氨酯隨溫度升高。鏈段熱運動加劇，產(chǎn)生暫時的縫隙，即膜的自由體積，而自由體積增加導(dǎo)致透氣導(dǎo)濕性能的增加。由于在觸發(fā)溫度區(qū)域，自由體積會發(fā)生突變，故透濕

7、性能突變。與水凝膠微顆?；旌虾螅纬芍悄芄不祗w系，由于凝膠微顆粒物質(zhì)具有熱縮冷脹的性能。在外界水汽(如雨滴或者汗液)的環(huán)境中，當(dāng)溫度升高時(高于最低臨界溶液溫度)，水凝膠的體積相轉(zhuǎn)變性能被激發(fā)，聚合物網(wǎng)絡(luò)急劇脫水，表現(xiàn)為體積快速收縮。這會在聚氨酯薄膜中形成孔道，使得膜的透氣導(dǎo)濕性能大大提高。當(dāng)溫度降低時，由于水凝膠顆粒遇濕溶脹，孔道封閉，透氣導(dǎo)濕性能下降。對制得的智能復(fù)合薄膜進行測試后發(fā)現(xiàn)，其透濕性能要超越單一組分的形狀記憶聚氨酯薄膜，