亲水性聚氨酯复合材料的制备与表征

选用湿态纳米羟基磷灰石（HA）与脂肪族聚氨酯（PU）为原料,采用溶液共混法和溶剂挥发法制备了亲水性羟基磷灰石/聚氨酯（HA/PU）纳米复合材料,并采用SEM、吸水实验和力学实验等方法对该复合材料的形貌和性能进行了研究。结果表明磷灰石晶体以纳米状态均匀地分布在PU基质中,过高含量的纳米HA易使纳米粒子团聚,不利于其在PU基体中的均匀分散;在制备PU的多元醇原料中引入亲水性较强的聚乙二醇,可提高PU表面和整体的亲水性;随着硬段含量的增加,复合材料的拉伸强度和弹性模量呈上升趋势,断裂伸长率下降;随着软段中聚乙二醇含量的升高,弹性模量大幅下降,拉伸强度和断裂伸长率先升高后下降;纳米HA的添加可同时提高复合材料的拉伸强度和断裂伸长率,当纳米HA的质量分数为30%时,复合材料的综合力学性能达到最佳。     

介孔纳米羟基磷灰石/左旋聚乳酸复合材料的制备及性能

为考察介孔纳米羟基磷灰石(MHA)/左旋聚乳酸(PLLA)复合材料的性能,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板合成MHA,采用溶液相分离结合粒子沥滤法制备了不同纳米粒子含量的MHA/PLLA多孔支架复合材料,考察了其抗压缩性能和淬断面微观结构。采用溶液浇注法制备了MHA/PLLA复合膜,并对其拉伸性能和拉伸断面微观结构进行了研究。FTIR、XRD、TEM和氮气吸附测试等结果显示:合成的MHA具有典型的晶体结构、介孔结构和较高的比表面积。力学测试结果显示:在发生10%压缩形变时,填料含量为1%、5%和10%的MHA/PLLA多孔支架复合材料的抗压缩强度随填料含量增加而提高,与相应含量的纳米羟基磷灰石(HA)/PLLA多孔支架复合材料相比,分别提高了约37.0%、67.7%和144.7%。在填料含量为5%和10%时,MHA/PLLA复合膜的拉伸强度较HA/PLLA复合膜分别提高约38.7%和46.1%,拉伸模量分别提高约35.4%和14.5%。而且MHA/PLLA复合膜具有更高的断裂伸长率,填料含量为1%、5%和10%时断裂伸长率分别较HA/PLLA复合膜提高约91.3%、79.7%和96.1%。FESEM结果显示:尤其当填料含量较高时,MHA/PLLA多孔支架复合材料或复合膜中填料粒子分布较HA/PLLA中均匀。结果表明:与HA/PLLA复合材料相比,随着MHA含量增加,MHA/PLLA复合材料具有更好的力学性能,MHA在PLLA基体中分布相对更均匀。     

纳米羟基磷灰石/聚乳酸复合材料力学性能

将纳米羟基磷灰石(n-HA)和聚乳酸(PUA)在溶剂中混合,干燥后再采用热压成型工艺制备n-HA/PLLA复合材料.制备过程中n-HA采用F-127和PEG改性处理.拉伸实验发现:n-HA加入PLLA基体中,能提高PLLA的塑性;PEG改性n-HA与PLLA复合力学性能较好,PEG可以改善HA的分散性.扫描电镜图片显示:与PLLA比较,PEG改性n-HA/PLLA复合材料的断裂为韧性断裂,PLLA的断裂接近脆性断裂.     

羟基磷灰石/聚己内酯-壳聚糖复合材料的制备与表征

为提高复合材料的力学性能和生物活性以聚己内酯(PCL) 、壳聚糖(CS) 、羟基磷灰石(HA)为原料,用Hakke流变仪挤出成型制备了不同 HA含量的HA/ PCL-CS复合材料,并对其进行了拉伸性能的测试,考察了复合材料浸渍于模拟体液(SBF)中的生物活性及其在生理盐水中的降解性能,用X射线衍射(XRD) 、傅里叶变换红外光谱(FTIR) 、扫描电镜(SEM) 、接触角测试仪对材料进行了表征。结果表明：复合材料的拉伸强度和断裂伸长率随 HA含量的增加而降低,而杨氏模量随 HA含量的增加而升高;亲水性能随着HA含量的增加而提高; HA/PCL-CS复合材料在模拟体液(SBF)中浸渍 14d后,在表面形成一层弱结晶的碳磷灰石(CHA)覆盖层 , 显示出良好的生物活性; PCL 的分子量随着降解时间的延长而降低,溶液pH值和质量损失率却增大,浸渍28d后,溶液pH值达到9. 54,失重率达到5.86%,显示出良好的生物可降解性。     

可生物降解纳米羟基磷灰石/聚酯型弹性体复合材料的制备及性能

通过熔融缩聚法制备了纳米羟基磷灰石(n-HA)/聚1,2-丙二醇-癸二酸-柠檬酸酯(1,2-PPSC) 生物弹性体复合材料。用红外光谱(FTIR)和固体核磁共振光谱(13C NMR) 对复合材料的化学结构进行表征,用扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜 (TEM)对n-HA的形态及其在基体中的分散性进行表征。结果表明,n-HA与癸二酸没有发生化学反应,n-HA与1,2-PPSC基体无明显化学键生成,n-HA均匀分散在1,2-PPSC基体中。动态力学性能(DMA) 的测试结果表明,n-HA与1,2-PPSC基体之间生成了良好的界面结合。差示扫描量热(DSC)分析和DMA的测试结果表明,n-HA/1,2-PPSC复合材料玻璃化转变温度(T_g)随着n-HA质量分数的增加而降低,这是由于n-HA影响了聚合物酯化反应的进行,导致化学交联密度降低。n-HA的加入提高了复合材料的亲水性,降低了复合材料的吸水率,减缓了复合材料的降解速率。复合材料的力学性能与基体相比有明显的提高,当n-HA质量分数为20%时,复合材料的弹性模量提高11.4倍,拉伸强度提高8.2倍,且断裂伸长率基本不变。     

纳米羟基磷灰石增强聚酰胺66复合材料动态力学性能分析

采用动态力学分析(dynamic mechanical analysis)方法研究了纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite, n-HA)增强聚酰胺66(polyamide 66, PA66)生物复合材料的动态力学性能.结果表明,复合材料中纳米羟基磷灰石组分的含量、生理盐水和振动频率对n-HA/PA66复合材料的动态力学性能和玻璃化转变过程都有一定程度的影响.随着纳米羟基磷灰石含量的增加,其复合材料的力学损耗峰温度移向高温区,峰值降低;复合材料吸水后其储能模量和损耗模量都有所降低,且玻璃化温度向低温区移动;振动频率对复合材料的动态力学性能也有一定的影响, 随着振动频率的增加,复合材料的储能模量也有所提高.     

石英纤维/纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合生物材料的制备和性能

用挤出法制备石英纤维(quanz fibre,QF)/纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyapatite,n-HA)/聚酰胺66(polyamide 66,PA66)复合材料(OF/n-HA/PA66),表征了其结构、形貌、力学性能和细胞毒性。结果表明:QF均匀地分散在n-HA/PA66中,且与PA66基体存在氢键结合;复合材料的力学性能随着石英纤维含量的增加而增大,当石英纤维含量为38%时复合材料的抗拉强度为81 MPa,抗压强度为190 MPa,抗弯强度为195 MPa(比人体皮质骨的高);n-HA/PA66基体所承受的载荷传递给QF纤维,纤维轴向传递使应力迅速扩散,这种传递作用在一定程度上起到了力的分散作用,从而增强了材料承受外力作用的能力,导致材料的弯曲强度、拉伸强度等力学性能的显著提高。QF/n-HA/PA66复合材料无细胞毒性,满足承重骨修复材料的要求。     

原位聚合制备聚氨酯/氧化石墨烯纳米复合材料的力学性能和热稳定性能研究

采用两步投料法,将氧化石墨烯(GO)与4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)充分反应后、再加入聚醚多元醇和三羟甲基丙烷原位聚合制备聚氨酯(PU)/GO纳米复合材料。用广角x衍射、拉伸仪、热失重分析仪和扫描电子显微镜等研究了GO含量对PU/GO复合材料弹性模量、拉伸强度、断裂伸长率和热稳定性能的影响。研究发现当GO含量为0.2%时,GO在PU基体内分散均匀未出现团聚现象;当GO含量增加时,出现GO团聚体,且随着GO含量增加而增加。GO团聚现象对PU/GO复合材料的力学性能和热稳定性提高具有不利的影响。未出现GO团聚体的PU/0.2%GO复合材料具有最佳力学性能和热稳定性。用连二亚硫酸钠、氢氧化钠水溶液就地还原制备还原PU/GO纳米复合材料(PU/rGO),研究GO还原对复合材料力学性能和热稳定性的影响。结果发现,GO在PU基体内可以实现一定程度的就地还原,还原后复合材料的力学性能有所下降,但热稳定性能有所提高。     

离子键增强水性聚氨酯/纳米羟基磷灰石复合材料的研究

水性聚氨酯/羟基磷灰石(WBPU/HA)纳米复合材料的研究已有报道,但通过离子键增强复合材料的研究却很少见。制备了稳定性良好的带羧酸根的阴离子型WBPU乳液和带季铵的阳离子型的HA胶体。其中纳米羟基磷灰石胶体通过合成过程中引入氨乙基磷酸使其带上正电荷。然后加入柠檬酸根将HA胶体转变为阴离子胶体。两种胶体溶液共混,并通过透析去掉柠檬酸根后得到均匀的混合胶体,干燥后得到力学性能良好的WBPU/HA复合材料。当HA含量为0~15%(质量分数)时,复合材料力学强度从纯PU的10.9 MPa提高到了22.3 MPa,提高幅度达100%。这是由于两相间存在正负电荷的离子键作用。当HA含量为20%(质量分数)时,由于HA粒子的团聚导致力学性能下降。提供了一种通过胶体共混来制备离子键增强的纳米复合材料的新方法。     

气相、沉淀、稻壳SiO2/聚氨酯复合材料的力学性能和吸水性比较

比较了气相、沉淀和稻壳SiO2的物理性质,并利用上述3种SiO2与聚氨酯(PU)复合,考察了SiO2含量(1wt%,3wt%,5wt%)和种类对SiO2/PU复合材料的拉伸性能和吸水性的影响。结果表明:3种SiO2均能够提高SiO2/PU复合材料的力学性质,复合材料的拉伸强度、模量和断裂伸长率均随SiO2含量增加而增加。当SiO2含量相同时,拉伸强度和断裂伸长率的变化顺序为:气相SiO2/PU>沉淀SiO2/PU>稻壳SiO2/PU,拉伸模量的变化顺序为:气相SiO2/PU>稻壳SiO2/PU>沉淀SiO2/PU.对于同一种SiO2/PU复合材料,吸水性随SiO2含量和温度增加而增加,含量相同时,3种SiO2/PU复合材料的吸水性由低到高的顺序是:稻壳SiO2/PU<沉淀SiO2/PU<气相SiO2/PU。     

纳米SiO2/尼龙66复合材料的力学性能和热性能

采用熔融共混的方法在双螺杆挤出机上制备出纳米SiO₂/尼龙66复合材料,并对其力学性能和热性能进行了研究。结果表明：复合材料的拉伸强度和弹性模量随纳米SiO₂含量的增加而提高。当SiO₂质量分数为3％时,复合材料的拉伸强度达到最大,增幅为11.2％;当SiO₂质量分数为5％时,弹性模量达到最大, 增幅为30.1％。复合材料的储能模量和玻璃化转变温度较纯尼龙66也有明显提高。差示扫描量热法（DSC）分析显示,纳米SiO₂的加入一方面阻碍了尼龙66的结晶过程,降低了材料的结晶温度;另一方面它又能作为形核剂,增加尼龙66的形核位置,提高形核率。     

Microstructure and properties of polyurethane nanocomposites reinforced with methylene-bis-ortho-chloroanilline-grafted multi-walled carbon nanotubes

Methylene-bis-ortho-chloroanilline (MOCA), an excellent cross-linker widely used to prepare cured polyurethane (PU) elastomers with high performance, was used to modify a multi-walled carbon nanotube. PU/carbon nanotube (CNT) nanocomposites were prepared by incorporation of the MOCA-grafted CNT into PU matrix. Fourier transform infrared spectra have shown that the modified CNTs have been linked with PU matrix. The microstructure of composites was investigated by Field-Emission Scanning Electron Microscopy. The results of Dynamic Mechanical Thermal Analysis and Differential Scanning Calorimetry have investigated the grafted CNTs as cross-linker in the cured composites. The studies on the thermal and mechanical properties of the composites have indicated that the storage modulus and tensile strength, as well as glass transition temperature and thermal stability are significantly increased with increasing CNT content.     

硅烷偶联剂对纳米羟基磷灰石表面改性的研究

采用硅烷偶联剂(KH-560)对纳米羟基磷灰石(n-HA)表面进行处理, 并研究了n-HA与KH-560的界面作用. 傅立叶红外光谱(FT-IR)以及X光电子能谱(XPS)分析表明, 偶联剂在羟基磷灰石表面黏附, 其中硅羟基(Si--OH)与磷酸氢根(HPO ^2-₄)基团之间脱水形成稳定的Si--O--P化学键, 此外, 硅羟基与HA表面--OH间亦脱水形成化学键合. 偶联处理的HA与聚碳酸酯(PC)复合后, 复合材料的力学强度与未经处理的相比有明显提高. 扫描电子显微镜(SEM)结果显示, 经处理后的HA微粒在PC中分散均匀, 两者间结合紧密, 表明无机有机复合材料间良好的界面作用是提高复合材料力学强度的重要途径.     

碱式硫酸镁晶须/橡胶复合材料的制备

将超声分散后的硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷改性碱式硫酸镁晶须（KH550-MgOS_W）分散液加入天然胶乳（NR）中,对其进行补强,制得绿色环保高性能的KH550-MgOS_W/NR复合材料。系统研究了KH550-MgOS_W/NR复合材料的力学性能、阻燃性能及热稳定性能。结果表明,用KH550改性后的MgOS_W与橡胶基体具有很好的相容性。KH550-MgOS_W/NR复合材料的力学性能、阻燃性能及热稳定性能均比纯胶有所提高。当KH550-MgOS_W与NR质量比为4%时,KH550-MgOS_W/NR复合材料的各项性能均达到最佳,300%定伸应力、拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率、交联密度比纯胶胶膜分别提高了25.0%、36.8%、37.3%、11.4%、44.2%,垂直燃烧等级由FV-1提高到了FV-0级,比纯胶的起始热降解温度（T₀）、最大热降解温度（T_p）和终止热降解温度（T_f）分别提高了6.2℃、5.2℃和4.1℃。     

Mechanical and microstructure of reinforced hydroxyapatite/calcium silicate nano-composites materials

In this study, the nano sized hydroxyapatite (HA) and calcium silicate (CS) powders prepared by both chemical precipitation and sol–gel methods respectively. Biphasic nano-composites materials containing different ratios of HA and CS were fabricated and assessed using X-ray diffraction (XRD), Fourier transmission infrared reflectance (FT-IR), transmission electron microscopy (TEM) and scanning electron microscopy (SEM) techniques. The effect of variation of ratios between HA and CS on mechanical properties, microstructure and in vitro study was studied. The results proved that the mechanical properties were enhanced with increasing the CS ratio in the composite. In vitro study proved the formation and nucleation of apatite onto composites surfaces which contain low content of CS after one week of immersion. Finally, it is concluded that the HACS composites containing high HA content at the expense of CS content will be promising for bone substitute’s applications, especially in load bearing sites.     

POE-g-MA对纳米CaCO_3/聚乳酸复合材料热及流变性能影响

以纳米碳酸钙(Nano-CaCO_3)和聚乳酸(PLA)为原料,马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MA)为增容剂,利用熔融挤出热拉-骤冷工艺制备了一系列Nano-CaCO_3/PLA复合材料。分别采用SEM、DSC、TG、毛细管流变仪(CR)和万能实验机研究了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的界面相容性、热性能、流变性能与力学性能。结果表明:与纯PLA相比,当Nano-CaCO_3含量达到15wt%,Nano-CaCO_3/PLA复合材料团聚现象明显,其结晶度、最大热分解温度与拉伸强度分别下降1.9%、15.5℃与28.2%,弯曲强度和断裂伸长率分别提高37.5%和29.3%,而相应添加4wt%POE-g-MA增容剂的Nano-CaCO_3/PLA复合材料分散形态得到改善,其结晶度和拉伸强度分别下降4.2%和25.2%;最大热分解温度、弯曲强度和断裂伸长率分别提高5.8℃、25.3%和174.4%;同时POE-g-MA增加了Nano-CaCO_3/PLA复合材料的剪切黏度。     

Characterization and mechanical performance comparison of multiwalled carbon nanotube/polyurethane composites fabricated by electrospinning and solution casting

Multiwalled carbon nanotube/polyurethane (MWNT/PU) composites were prepared by electrospinning and solution casting. The morphological and thermal properties, and mechanical performance of the nanofiber and film composites were characterized and compared. The tensile strength of neat PU film was 9-fold higher than that of neat PU nanofibrous mat. The incorporation of MWNTs increased the tensile strength and modulus of the composite nanofibers by 69% and 140%, respectively, and 62% and 78%, respectively for composite films. The MWNT/PU composites showed an improved thermal degradation behavior, with the incorporation of low MWNT content in the composites.     

纳米 TiO 2/聚乳酸复合材料的制备和表征

采用原位聚合的方法制备了有机化处理过的纳米 TiO 2粒子质量分数分别为 1 wt %、3 wt %、5 wt %和10 wt %的 4种纳米 TiO 2/聚乳酸复合材料。SEM结果表明 , 当纳米 TiO 2粒子质量分数较低时 , 纳米 TiO 2在聚乳酸基体中呈现均匀稳定分散 , 而质量分数较高时则发生团聚。通过力学和热学等性能测试发现复合材料的最大热分解温度、 玻璃化转变温度和力学性能相对于聚乳酸有较大幅度提高 , 其中纳米 TiO 2的质量分数为 3 wt %时改善效果最明显 , 其最大热分解温度、 玻璃化转变温度分别比聚乳酸提高了 25. 3℃和 4. 9℃, 拉伸强度、 断裂伸长率和弹性模量分别提高了 83. 6 %、 6. 73 %和 129. 4 %。     

纳米ZnO-氧化石墨烯及ZnO-氧化石墨烯/水性聚氨酯复合涂层的抗菌性能

循环冷却水系统滋生细菌会导致生物黏泥产生及设备腐蚀,为解决这一问题,由硅烷偶联剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性纳米ZnO,改性纳米ZnO与氧化石墨烯（GO）在二甲基乙酰胺中复合,获得纳米ZnO-GO复合抗菌材料,并利用纳米ZnO-GO改性水性聚氨酯（PU）,得到纳米ZnO-GO/PU复合涂层。对纳米ZnO-GO复合抗菌材料进行表征分析及抗菌性能测试,对纳米ZnO-GO/PU复合涂层进行抗菌性能测试及物理性能分析。结果表明,纳米ZnO成功负载在GO表面,纳米ZnO-GO纯度较高,当GO质量分数为35wt%、纳米ZnO-GO使用量为160 mgL^-1时,其抗菌率可达97.16%;当纳米ZnO-GO质量分数为2.33wt%时,纳米ZnO-GO/PU复合涂层抗菌率可达90.29%,同时拥有4 H的铅笔硬度及93.26%的缓蚀性能。     

预聚法制备聚氨酯/分子筛复合材料及表征

采用预聚法制备了聚氨酯(PU)/沸石分子筛(zeo lite 13X)复合材料,并利用XRD、DSC和TG等手段表征了复合材料的晶态、硬链段的结晶及熔融温度、材料的耐热性能。结果表明,随着沸石分子筛在体系中加入量的增大,PU/13X复合材料的硬链段结晶度减小,而硬链段和软链段之间的混乱度增大,硬链段的结晶形态发生改变,晶面间距增大。力学性能测试表明,分子筛添加量小于7%时,拉伸强度和撕裂强度明显提高。