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黑色素是一类广泛存在于生物体内的大分子,它具有一系列优异的性能,比如金属离子螯合,自由基捕获以及吸收紫外线能力等。黑色素可以分为天然黑色素和合成类黑色素,天然黑色素的主要来源是从动植物中提取,步骤相对繁琐。而采用化学合成法制备类黑色素则相对简单。虽然制备方法不同,但它们具有相似的物理化学性质。基于类黑色素优异的紫外线吸收效果、高效的自由基捕获能力以及表面带有的多种官能团,本论文对类黑色素纳米粒子的制备和改性进行了研究,并将其应用到不同的聚合物基体中。具体研究工作如下:(1)以价格相对低廉的左旋多巴(L-Dopa)为原料,通过一种新的化学合成法制备得到了多巴类黑色素纳米粒子(Dopa melanin-like)。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、红外光谱、紫外-可见吸收和透射光谱、热失重分析以及Zeta电位和粒径分析表明,与天然黑色素纳米粒子相比,采用新方法制备得到的多巴类黑色素纳米粒子的粒径更小且均一,物理化学性质基本不变。为了进一步验证多巴类黑色素的紫外吸收和自由基捕捉效果,将制备得到的多巴类黑色素纳米粒子以不同比例添加至聚碳酸酯(PC)材料中。热失重分析、热降解动力学以及光老化分析表明,添加少量(0.5wt%-2 wt%)多巴类黑色素能够有效增强PC的热稳定性和抗老化性。薄膜的紫外透过率和亚甲基蓝的降解实验表明,多巴类黑色素的少量添加能够有效提高PC的紫外屏蔽性能。由此可见,多巴类黑色素具有良好的紫外吸收和自由基捕捉效果。(2)以盐酸多巴胺为原料制备了不同粒径的多巴胺类黑色素纳米粒子(Dpa)。以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为改性剂,在多巴胺类黑色素纳米粒子表面引入硅氧柔性链段,制备得到不同粒径的PDMS改性多巴胺类黑色素纳米粒子(Dpa-PDMS)。并与PC复合得到薄膜材料,以期改善类黑色素与PC的相容性及复合材料的力学性能。通过SEM、TEM、红外光谱、热失重分析以及紫外-可见吸收光谱证明PDMS成功对多巴胺类黑色素纳米粒子表面进行修饰,并且随着粒径的减小,纳米粒子的比表面积增大,改性效果随之提高。薄膜的紫外透过率和亚甲基蓝的降解实验表明添加少量的(0.5 wt%-2wt%)Dpa-PDMS能够有效提高PC的紫外屏蔽性能,并且在一定范围内,添加量越高,粒径越小,紫外屏蔽效果越好。TGA、热降解动力学和光老化分析表明,Dpa-PDMS的添加有效地提高了材料的热稳定性以及抗老化性能。最后,力学性能分析表明当Dpa-PDMS粒径为80 nm,添加量为1 wt%时的薄膜力学性能最好。(3)为了更好地实现对类黑色素纳米粒子的包覆,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚醚胺D2000为改性剂,利用异氰酸根能与类黑色素表面多官能团反应的特点,对多巴胺类黑色素纳米粒子先后进行两步改性,成功制备得到聚醚胺改性多巴胺类黑色素纳米粒子(Dpa-D2000)。通过红外光谱、TEM和热失重分析表明IPDI和D2000成功对多巴胺类黑色素纳米粒子表面进行修饰并形成较好的包覆。然后将制备得到的Dpa-D2000以不同比例添加至环氧树脂(EP)中,随后对复合材料的性能进行表征。环氧树脂的机械性能和断面扫描分析表明,Dpa-D2000的适量添加有效地提高了环氧树脂的韧性。当Dpa-D2000添加量达到10 wt%时,相比于未添加Dpa-D2000的EP,EP/Dpa-D2000-10的断裂伸长率和冲击强度分别提升至原来的2.25倍和1.46倍。