【摘 要】
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水性聚氨酯（WPU）因其生物安全性,低有机溶剂性等优点得到越来越广泛的应用,但因其力学性能较差、辐照后易产生黄变,常需要改性后使用。纳米纤维素（CNC）作为一种来源广泛的天然纳米材料,在聚氨酯中可形成三维网状结构,经常被用于聚氨酯的增强增韧中,研究表明,相较于物理共混,通过原位聚合直接将纳米纤维素接枝到聚合物主链上对聚氨酯力学性能改善更大,由于异氰酸酯对水及其敏感,需要将纳米纤维素分散到有机溶剂中
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水性聚氨酯（WPU）因其生物安全性,低有机溶剂性等优点得到越来越广泛的应用,但因其力学性能较差、辐照后易产生黄变,常需要改性后使用。纳米纤维素（CNC）作为一种来源广泛的天然纳米材料,在聚氨酯中可形成三维网状结构,经常被用于聚氨酯的增强增韧中,研究表明,相较于物理共混,通过原位聚合直接将纳米纤维素接枝到聚合物主链上对聚氨酯力学性能改善更大,由于异氰酸酯对水及其敏感,需要将纳米纤维素分散到有机溶剂中,但纳米纤维素富含强氢键,在有机溶剂中的分散性较差,易团聚,为选择合适的有机溶剂,同时预测CNC和WPU的相容性,本文测算了纳米纤维素的两种三维溶解度参数,一种是传统的汉森溶解度参数HSPs,另一种是可以定量表达的函数溶解度参数FSPs,根据两种三维溶解度参数预测了CNC与WPU的相容性。并制备了WPU/CNC复合材料以提高力学性能,添加了单宁酸（TA）以制备耐辐照WPU。本文主要研究内容和结果如下:（1）将异氰酸酯成功接枝到CNC表面,表征了改性后CNC的结晶性能与热稳定性,m CNC的热稳定性提高,结晶度降低。分别测算了WPU、CNC和m CNC的HSPs和FSPs,结果表明,WPU的Hansen溶解度参数为δd=18.0 MPa1/2、δp=9.5 MPa1/2、δh=15.2 MPa1/2;函数溶解度参数FSPs为δd=16.6 MPa1/2、δP=10.1MPa1/2、δh=13.0 MPa1/2;CNC的Hansen溶度参数为δd=24.9 MPa1/2、δp=10.0MPa1/2、δh=26.8 MPa1/2;函数溶解度参数FSPs为δd=16.1 MPa1/2、δP=10.9 MPa1/2、δh=16.9 MPa1/2;m CNC的Hansen溶度参数为δd=20.5 MPa1/2、δp=5.1 MPa1/2、δh=18.6 MPa1/2,函数溶解度参数FSPs为δd=16.2 MPa1/2、δp=9.6 MPa1/2、δh=13.2MPa1/2;改性后CNC的极性和氢键降低,亲有机溶剂性变好。根据溶解度参数判断相容性,改性后的CNC和WPU具有更好的相容性,更有利于在WPU基体中的分散。（2）制备了WPU/CNC复合胶膜,用CNC改性后的WPU力学性能提高,添加0.15%CNC的WPU胶膜拉伸强度从23.9 MPa达到40.3 MPa,断裂伸长率从530%提高到707%,热稳定性提高,WPU涂层的铅笔硬度从HB提高到3H,在木板上的附着力减小。（3）添加多酚（TA）以改善WPU的耐辐照性能,结果表明,添加TA后,复合材料的力学性能提高,添加0.5%TA的WPU胶膜的拉伸强度从40.3 MPa提高到55.5 MPa,断裂伸长率从587%提高到806%,热稳定性提高,分解温度从212°C提高到277.97°C。对复合材料以25 k Gy的辐照剂量进行辐照,辐照后,材料的添加0.1%TA后,WPU力学性能受辐照影响较小,外观基本保持不变,黄变指数变化最小,ΔYI仅为0.31%。本工作制备出具有一定耐辐照能力的增强水性聚氨酯胶膜,可降低医用聚氨酯的辐照灭菌中对材料的力学性能和外观造成的影响。
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