耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法，先制备纳米级聚多巴胺微球，将冷冻干燥后的微球利用细胞粉碎超声仪均匀的分散在DMF等溶剂中，加入聚氨酯弹性体；并基于聚多巴胺微球含有丰富的邻苯二酚、氨基等官能团使其均匀分散在聚氨酯基体中，将混合溶液倒入模具，溶剂挥发形成聚多巴胺/聚氨酯弹性复合材料。复合材料中聚多巴胺微球的质量含量为1％～10％，聚多巴胺微球的粒径为100～500nm。均匀分散在聚氨酯中的聚多巴胺微球不仅起到增强增韧的作用，而且基于其本身对自由基的捕获性能有效的提高材料的抗γ射线辐照性能。

Polyurethane Elastomer Composite Toughened by Polydopamine Microspheres Resistant to Gamma Ray Irradiation and Its Preparation Method

The invention discloses a polyurethane elastomer composite material toughened by gamma-ray-resistant polydopamine microspheres and its preparation method. Firstly, nano-sized polydopamine microspheres are prepared. The freeze-dried microspheres are evenly dispersed in DMF and other solvents by cell smashing ultrasound instrument, and polyurethane elastomers are added. Based on the fact that polydopamine microspheres contain abundant catechol, amino and other functions. The aggregates were evenly dispersed in the polyurethane matrix, the mixed solution was poured into the mould, and the solvent was volatilized to form polydopamine/polyurethane elastic composites. The mass content of polydopamine microspheres in composites is 1%-10%, and the particle size of polydopamine microspheres is 100-500 nm. Polydopamine microspheres uniformly dispersed in polyurethane not only play a role in strengthening and toughening, but also effectively improve the anti-gamma-ray irradiation properties of the materials based on their own free radical capture properties.

【技术实现步骤摘要】
耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子复合材料领域，更具体地，本专利技术涉及一种耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料及其制备方法。
技术介绍
目前高分子材料广泛应用于生物医学、食品包装、健康产品以及一些特殊的辐照环境场所。在这些应用中，总会涉及到一些电离辐照如γ射线辐照。而聚合物在γ射线辐照后会产生自由基和离子。这些自由基会进一步的引发或参与降解化学反应，如断链、交联、不饱和反应，造成材料的性能显著下降。基于辐照诱发分子链的降解主要是自由基反应机理，因此不少研究者通过添加自由基捕获剂来捕获辐照产生的自由基，阻止或减少自由基进一步的引发或参与降解反应，从而改善聚合物的耐辐照性能。WuGuozhang等人利用氧化石墨烯的自由基捕获功能有效改善了聚丙烯的耐辐照性能。M.J.Martinez-Morlanes将碳纳米管添加到聚乙烯中，通过电子顺磁共振等表征证实其添加后产生的自由基明显低于未添加的聚乙烯，有效的改善了聚乙烯的耐辐照性能。虽然氧化石墨烯等二维材料等被证实具有很好的改善聚合物的耐辐照性能，但由于其本身在聚合物中分散困难，相容性差，难均匀分散；尤其在一些生物医学等方面存在一定的生物毒性，因此寻找一些新的自由基捕获剂来改善聚合物的耐辐照性能具有一定的意义。
技术实现思路
本专利技术将易制备、生物相容性好、易分散的聚多巴胺微球添加到聚氨酯材料中，有效利用聚多巴胺微球的自由基捕获功能，增强了聚氨酯的耐辐照性能。基于聚多巴胺微球的生物相容性，及其表面丰富的基团，微球在聚合物中分散均匀且无生物毒性，在对其增强增韧的作用的同时，有效改进了聚氨酯复合材料的多功能性，扩大其应用范围。为了达到上述的技术效果，本专利技术采取以下技术方案：一种耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料，将纳米级聚多巴胺微球均匀分散在聚氨酯弹性体中而成，形成相容性好的复合材料，复合材料中聚多巴胺微球的质量含量为1％～10％，聚多巴胺微球的粒径为100～500nm。本专利技术还提供了制备上述耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法，先制备纳米级聚多巴胺微球，将冷冻干燥后的微球利用细胞粉碎超声仪均匀的分散在DMF等溶剂中，加入聚氨酯弹性体；并基于聚多巴胺微球含有丰富的邻苯二酚、氨基等官能团使其均匀分散在聚氨酯基体中，将混合溶液倒入模具，溶剂挥发形成聚多巴胺/聚氨酯弹性复合材料。均匀分散在聚氨酯中的聚多巴胺微球不仅起到增强增韧的作用，而且基于其本身对自由基的捕获性能有效的提高的材料的抗辐照性能。该制备方法具体包括以下步骤：步骤A制备聚多巴胺微球配置偏碱性的缓冲溶液，加入乙醇、多巴胺颗粒搅拌均匀，使多巴胺在偏碱性环境下进行聚合反应，形成聚多巴胺微球，经过多次离心清洗，冷冻干燥后获得纳米聚多巴胺微球；步骤B制备复合材料将聚多巴胺微球分散在有机溶剂中，加入PU颗粒，搅拌溶解混合均匀后，得到聚合物溶液，将其倒入模具中成膜，成膜后，放入真空烘箱中室温抽真空去除残留的有机溶剂，获得复合材料。制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法中，步骤A中使用的多巴胺颗粒是多巴胺盐酸颗粒，步骤B使用的PU颗粒为聚[4，4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)-alt-1,4-丁二醇/二(丙二醇)/聚己内酯。制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法中，步骤A中的偏碱性环境是指反应液的pH为8～10；反应液中多巴胺的质量浓度为0.1％～1％；所述聚合反应的反应时间为5～24h。制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法中，步骤A通过冷冻干燥的聚多巴胺微球具有蓬松分散的特征，以利于在聚合物溶液中分散。制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法中，所述聚多巴胺微球的粒径为100～500nm。制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法中，步骤B利用细胞粉碎超声仪将聚多巴胺微球分散在有机溶剂中，防止聚多巴胺微球团聚。制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法中，所述复合材料中聚多巴胺微球的质量含量为1％～10％。制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法中，步骤B所述有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯中的至少一种。制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法中，步骤B中使用的模具为聚四氟乙烯模具，但模具不限于聚四氟乙烯。所述真空烘箱的抽真空时间为24～48h，目的在于去除多余的溶剂。模具形状不同，会得到不同形状的复合材料。目前聚多巴胺是一种天然黑色素，无毒具有很高的生物相容性，且由于其表面含有大量的茶多酚和氨基基团，能在聚合物中如聚氨酯中很高的分散而引起广泛的关注。经证实，聚多巴胺由于其特殊的结构，具有显著的自由基捕获功能。且将多巴胺放入碱性的水溶液中就会引发聚合物反应，无需其他的引发剂、或加热等反应条件，制备过程简单、易得。因此将其添加到生物性的聚氨酯中增强其耐辐照性能的同时，还具有改善其生物相容性的功能。此外纳米级聚多巴胺微球能够有效的增加所用聚氨酯弹性体的断裂强度和断裂形变率。本专利技术正是基于辐照诱发聚合物分子链反应的自由基机理，通过添加具有自由基捕获功能的聚多巴胺微球来阻止或减少自由基进一步的引发或参加反应，从而改善聚氨酯的耐辐照性能。本方法可以根据实际需要设计不同形状、孔状结构和不同功能的复合材料。这种复合材料能有效的改善材料的耐辐照性能。此外，聚多巴胺微球作为纳米填料能有效的对聚氨酯弹性基体起到增强增韧的效应。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：(1)本专利技术方法通过添加聚多巴胺微球到聚氨酯中形成复合材料，有效的改善了聚氨酯的耐γ射线辐照性能的同时，对其力学性能起到增强增韧的作用。通过后期实验证实改性后经过200kGy照射后依然保持着与未辐照聚氨酯弹性基体几乎相同的机械力学性能。而同样辐照剂量下未添加填料的聚氨酯弹性体其力学性能严重下降。(2)本专利技术方法制备工艺简单、实验条件温和、安全性好、不需要对填料进行改性，添加材料聚多巴胺为一种天然黑色素，生物相容性好，且由于其表面还有大量的茶多酚及氨基基团，在聚合物中具有很好的分散性，能够进一步的拓展聚氨酯复合材料的应用范围。附图说明图1是冷冻干燥后的聚多巴胺微球形貌图。图2是不同聚多巴胺含量(0wt％:a,b；1wt％:c,d)的聚氨酯复合材料在经过0kGy(a,c),200kGy(b,d)γ射线辐照后的扫面电镜横截面图。图3是0kGy作用下不同聚多巴胺含量的聚氨酯复合材料的应力-应变图。图4是200kGy作用下不同聚多巴胺含量的聚氨酯复合材料的应力-应变图。图5是不同聚多巴胺含量的聚氨酯复合材料200kGy辐照剂量前后的断裂强度图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1(1)量取360mLH2O，72mL乙醇，称取0.892g2-氨基-2-(羟甲基)-1,3-丙二醇入烧杯中，1000rpm搅拌20min后，加入540mg盐酸多巴胺，pH值约为8～10，以300rp本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于纳米级聚多巴胺微球均匀分散在聚氨酯弹性体中，复合材料中聚多巴胺微球的质量含量为1％～10％，聚多巴胺微球的粒径为10～500nm。

【技术特征摘要】
1.一种耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料，其特征在于纳米级聚多巴胺微球均匀分散在聚氨酯弹性体中，复合材料中聚多巴胺微球的质量含量为1％～10％，聚多巴胺微球的粒径为10～500nm。2.制备权利要求1所述的耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤A制备聚多巴胺微球配置偏碱性的缓冲溶液，加入乙醇、多巴胺颗粒搅拌均匀，使多巴胺在偏碱性环境下进行聚合反应，形成聚多巴胺微球，经过多次离心清洗，冷冻干燥后获得纳米聚多巴胺微球；步骤B制备复合材料将聚多巴胺微球分散在有机溶剂中，加入PU颗粒，搅拌溶解混合均匀后，倒入模具中成膜，成膜后，放入真空烘箱中室温抽真空去除残留的有机溶剂，获得复合材料。3.根据权利要求2所述的制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法，其特征在于步骤A中使用的多巴胺颗粒是多巴胺盐酸颗粒，步骤B使用的PU颗粒为聚[4，4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)-alt-1,4-丁二醇/二(丙二醇)/聚己内酯。4.根据权利要求2所述的制备耐γ射线辐照的聚多巴胺微球增韧聚氨酯弹性体复合材料的方法，其特征在于步骤A中，偏碱性环境是指反应液的pH为8～1...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱春华，吕佳琛，刘渝，徐金江，张浩斌，孙杰，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51