含多巴胺聚氨酯黏合劑的合成與性能研究.pdf

1、海洋生物貽貝,通過分泌具有極快的凝固速度和超強(qiáng)的防水黏附力的貽貝黏附蛋白粘液,使之能夠牢固地黏附在金屬、玻璃、聚合物及礦物等各種基材表面上;并且擁有很好的細(xì)胞相容性、生物兼容性、生物降解性和無毒性,不會(huì)侵害人體細(xì)胞或引發(fā)人體免疫反應(yīng)。這些貽貝黏附蛋白有一個(gè)共同的特點(diǎn),即含有相對(duì)較多的L-3,4-二羥基苯丙氨酸(多巴),它是一種由酪氨酸后轉(zhuǎn)移修飾作用生成的含鄰苯二酚氨基酸。研究表明,鄰苯二酚基團(tuán)在貽貝粘附蛋白的黏附機(jī)理中起著至關(guān)重要的作用

2、。然而傳統(tǒng)蛋白提取法和基因克隆法制備貽貝黏附蛋白,其致命弱點(diǎn)是制備量低、工藝路線復(fù)雜、價(jià)格昂貴。因此,通過將貽貝黏附蛋白功能元有效引入合適的合成高分子基體中,制備貽貝仿生黏附高分子材料具有十分重要的意義。
　　目前基于鄰苯二酚基團(tuán)貽貝仿生黏附材料的高分子載體主要有聚肽、聚酰胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚苯乙烯等,而以聚氨酯為基體的仿生黏合劑研究很少,聚氨酯本身是一種優(yōu)良的黏合劑,且具有結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)、性能可調(diào)節(jié)、原料易得、合成簡(jiǎn)單、成本低

3、廉等優(yōu)點(diǎn),因此選用聚氨酯作為高分子載體。與以往的仿生方法相比,本文將采用一種全新的方法將黏附基團(tuán)多巴胺引入到聚氨酯中,首先合成出了一種新型的功能化合物多巴胺二羥甲基丙酰胺(DMPA-DA,然后將其作為聚氨酯合成中的擴(kuò)鏈劑,制備出側(cè)鏈含多巴胺的新型聚氨酯黏合劑,本文將聚氨酯和多巴胺二者的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,期望能制備出能廣泛應(yīng)用的新型聚氨酯黏合劑。
　　本文通過四步化學(xué)反應(yīng)合成了一種含多巴胺的新型聚氨酯功能擴(kuò)鏈劑-多巴胺二羥甲基丙酰胺(DM

4、PA-DA),并用核磁共振氫譜、傅里葉紅外光譜、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用等測(cè)試方法證明了目標(biāo)產(chǎn)物及其中間產(chǎn)物的成功合成。以目標(biāo)產(chǎn)物DMPA-DA作為聚氨酯功能擴(kuò)鏈劑,與1,4-丁二醇(BDO)共同使用,選用不同的異氰酸酯,合成了三種系列(MDI系列、TDI系列、IPDI系列)不同多巴胺含量的聚氨酯,并用核磁共振氫譜、傅里葉紅外光譜、紫外吸收光譜、凝膠滲透色譜表征了不同多巴胺含量聚氨酯的結(jié)構(gòu)與分子量。
　　熱失重分析結(jié)果表明含多巴胺聚氨酯的

5、硬段分解溫度隨著多巴胺含量的增加而減少,殘?zhí)苛侩S著多巴胺含量的增加而增加;含多巴胺聚氨酯熱熔膠的剪切黏結(jié)強(qiáng)度隨著后處理溫度的升高而升高,隨著后處理時(shí)間的升高先增加后減小。
　　剪切黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明:對(duì)于基材PP來說,屬于界面斷裂,剪切黏結(jié)強(qiáng)度隨著多巴胺含量的增加而增加;對(duì)于其他基材來說(LDPE、Al、不銹鋼),屬于本體斷裂和界面斷裂相互作用的結(jié)果,剪切黏結(jié)強(qiáng)度受分子量和多巴胺含量雙重作用。在不同基材上剪切黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果表明

6、,即多巴胺的引入使得聚氨酯對(duì)于不同基材的黏附能力大大提高:PU-DA-100與PU-DA-0相比,在基材PP、LDPE、Al、不銹鋼上分別提高152％、94%、258%、102%。WSAD和BWT測(cè)試結(jié)果表明,多巴胺的引入能提高聚氨酯的防水黏附能力。在pH=10的堿性條件下和在pH=2的酸性條件下的80℃水溶液浸泡2h后測(cè)試剪切黏結(jié)強(qiáng)度的結(jié)果表明,多巴胺的引入能在一定程度上提高聚氨酯抗化學(xué)黏附能力。不同后處理劑的加入的情況下,均能大幅度