【摘 要】
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形状记忆材料是一种刺激响应性材料,在特定的外部作用下可以固定临时形状,又在刺激作用下回复到永久形状。纳米纤维素是天然可降解新一代纳米材料,磷酸化改性纤维素纳米纤丝是纤维素衍生物的一种,利用磷酸将纤维素进行选择性酯化,赋予纤维素pH敏感基团,将其与聚氨酯基体复合从而制备具有温度和pH双重响应性的形状记忆材料。但是,目前鲜少对pH响应性的研究且响应机理尚不清楚,为此有必要对其进行深入的探究从以扩大其应
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形状记忆材料是一种刺激响应性材料,在特定的外部作用下可以固定临时形状,又在刺激作用下回复到永久形状。纳米纤维素是天然可降解新一代纳米材料,磷酸化改性纤维素纳米纤丝是纤维素衍生物的一种,利用磷酸将纤维素进行选择性酯化,赋予纤维素pH敏感基团,将其与聚氨酯基体复合从而制备具有温度和pH双重响应性的形状记忆材料。但是,目前鲜少对pH响应性的研究且响应机理尚不清楚,为此有必要对其进行深入的探究从以扩大其应用价值。本论文研究了纤维素基聚氨酯基纳米复合材料的形状记忆性能。论文首先制备了磷酸化改性纤维素纳米纤丝,通过己内酯开环聚合以增强纤维与疏水材料的界面相容性,利用SEM、FT-IR、NMR、XRD等对纳米纤维的形态结构进行了表征,此外通过测试Zeta电位探究了不同pH条件对纳米纤维的反应性能。然后,将这种具有pH敏感性的纳米纤维与基体聚氨酯进行复合。通过控制纳米纤维的添加量,分别制备了SMPU-0%,SMPU-1%,SMPU-5%,SMPU-10%,SMPU-15%,SMPU-20%。随后对复合材料的固定率和回复率测定,确定了纳米纤维的最佳百分添加量为10 wt%,将SMPU-10在不同pH中诱导,确定形状记忆最佳的固定条件为pH=1,最佳回复条件为pH=13。FT-IR结果表明酯氨键中的N-H参与了磷酸基团氢键的形成,导致材料的形状转变温度发生变化。拉伸实验结果表明添加改性纳米纤维后材料的力学性能明显改善。最后,对SMPU-10%复合材料的pH响应机理进行了探究。利用FT-IR、DSC、XRD对不同pH诱导条件下材料的结构变化进行了表征,研究表明磷酸化改性纳米纤维与聚氨酯发生反应形成新的氢键,改变了聚氨酯基体的微相分离形态,结晶结构受到了很大的影响。总之,通过磷酸化改性纳米纤维与聚氨酯复合成功制备了性能优越的温度和pH响应性形状记忆材料,纳米纤维的添加不仅显著提升了复合材料的力学性能,同时引入了磷酸基团产生了新的刺激源,利用酸中诱导结晶和碱中结晶消失的特性从而控制材料固定临时形状和回复初始形状,此机理的发现拓宽了形状记忆材料在医学邻域中的应用,具有重要的研究价值。
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