γ射线辐射医用级超高分子量聚乙烯自由基的演变

采用γ射线对医用级超高分子量聚乙烯(UHMWPE)进行辐照处理, 利用电子自旋共振波谱仪(ESR)研究了辐照诱导自由基的种类及其在氩气和不同氧分压下的衰减行为. 在氩气中, 辐射诱导UHMWPE主要产生烷基自由基和烯丙基自由基, 总的辐射化学产额约为0.48/100 eV. 室温下烷基自由基的稳定性差, 其寿命仅有 1 d左右. 在含氧气氛中, 自由基主要通过氧化反应而衰减, 其衰减速率随氧分压的增加而增加, 半衰期则由1×10⁵ Pa氩气中的224.0 h降至5×10⁵ Pa O₂气中的1.8 h. 根据此结果推算, 室温下陷落在晶区的自由基迁移至微晶表面的速率非常快, 仅需小时量级.     

溴化铜对异丙醇铝存在下原子转移自由基聚合的影响

研究了以2-溴异丁酸乙酯为引发剂、溴化亚铜(CuX)/联二吡啶(bPy)/异丙醇铝[Al(OPrⁱ)₃]为三元复合催化体系,40℃下甲基丙烯酸甲酯(MMA)在环己酮中的原子转移自由基聚合,详细研究了溴化酮对聚合反应的影响.实验结果表明,以异丙醇铝为助催化剂,MMA可在较低温度下进行活性聚合;随着CuBr₂浓度的提高,自由基浓度降低,终止反应受到抑制;不加CuBr₂时,聚合物的分子量分布较宽(M_w/Mn);加入CuBr₂时,聚合物的分子量分布较窄(M_w/Mn=1.2～1.5),而且对数转化率与时间呈线性关系.     

凝胶化反应中标度行为及凝胶化点关系

在苯乙烯(St)-二乙烯苯(DVB)自由基聚合的凝胶化反应过程中,定时取样,得到凝胶化点前后及直至反应终点的一系列溶胶样品,利用光散射技术研究了溶胶相的重均分子量M_w、尺寸均方旋转半径R_g的变化过程,建立了M_w、R_g和反应时间t的标度关系,并在此基础上提出一神新的准确求取凝胶化时间t_gel的方法.     

短链支化聚乙烯的合成与表征

合成了两类结构明确的乙烯共聚物, 通过FTIR, GPC, ¹H NMR和¹³C NMR表征了产物的分子结构, 分别研究了分子量和短链支化含量对两类共聚物结晶性能的影响. 采用阴离子聚合制备分子量(M_w)20000~110000、分子量分布为1.1的1,2-结构摩尔分数为7%左右的聚丁二烯. 加氢反应后得到乙烯/1-丁烯模型共聚物的熔点和结晶度随着分子量的增加而下降. 采用茂金属催化剂Et[Ind]₂ZrCl₂催化乙烯与1-己烯共聚合, 制备分子量为100000左右, 共聚单体摩尔分数为0~5.5%的乙烯/1-己烯共聚物, DSC结果表明其熔点和结晶度随着共聚物中1-己烯含量的升高而降低.     

界面水分子扩散对超高分子量聚乙烯摩擦学性能影响的反应分子动力学模拟研究

采用基于反应力场(ReaxFF)的分子动力学模拟方法,研究了摩擦界面水分子向超高分子量聚乙烯(UHMWPE)基体扩散和渗透的基本过程.分子模拟结果表明：摩擦过程中,水分子稳定吸附在Fe板表面,并与聚乙烯链形成分子内摩擦,使聚乙烯分子产生剪切变形.当Fe板表面存在纳尺度外凸结构时,其在UHMWPE表面的耕犁作用更为显著,使摩擦界面的内摩擦力显著增加.当摩擦速度增加时,摩擦界面原子温度显著升高.在水润滑条件下,界面水分子逐渐扩散到UHMWPE基体中,引起相邻聚乙烯链之间的原子距离增加,这导致聚乙烯链之间的相互作用强度降低.此外,摩擦界面处还伴随着水分子中氢氧键断裂,并引起相应原子的电荷跃变.此时,水氧原子与Fe原子形成Fe―O化合物,且具有与Fe₂O₃相似的晶体结构.水分子扩散进入UHMWPE内时,还引起其周围聚乙烯分子的电荷发生改变,造成UHMWPE表层原子电荷分布不均匀.     

聚乙烯序态结构对辐照交联的影响

聚乙烯的形态结构明显的影响辐照交联。结晶形态结构越不完整,结晶度越低,界面越多,则形成分子间的交联越多。 通过聚乙烯球晶的拉伸、腐蚀和熔融时形态的变化,可以认为,在所有序态结构的界面上均可产生分子间的交联,而且优先在片层之间产生。 当分子间交联使凝胶量达92％以上时,随辐照剂量的增加,结晶度和晶粒变小;折光指数和密度随之增加;而分子链段取向却随之降低。     

大剂量范围电子束辐照超高分子量聚乙烯纤维结构与性能研究

采用高能电子束辐照方法获得了一系列从20kGy到1000kGy大剂量辐照范围的超高分子量聚乙烯纤维(UHMWPE fiber)。通过凝胶含量测试和溶胶流变性能测试定性和定量表征了辐照过程的交联和裂解效应,利用差示扫描量热仪(DSC)和X射线衍射仪(XRD)表征了辐照产物的结晶性能,并且利用热机械分析仪(TMA)表征了辐照纤维在高温恒温条件下的热尺寸稳定性。结果表明,高能电子束辐照对于UHMWPE纤维具有交联和裂解两种作用;大剂量辐照下会造成纤维熔点和熔融热焓降低,法线方向晶粒平均尺寸有明显变小;辐照交联大大提高了纤维的热尺寸稳定性。     

壳聚糖在水溶液中的辐射降解反应

研究了壳聚糖在CH3COOH/NaCl缓冲溶液均相体系下的辐射降解反应,给出了H2O2、异丙醇、pH、样品初始分子量等因素对壳聚糖降解的影响,探讨了实验条件下溶液中不同自由基对壳聚糖降解的作用,并对辐照前后壳聚糖的结构进行了表征.结果表明,酸性条件下,壳聚糖的降解主要由.H和.OH自由基共同作用引起,加入H2O2或者通入N2O都能够略微提高.OH自由基浓度,对壳聚糖的降解有促进作用.加入异丙醇后,由于同时降低了.H和.OH自由基浓度,导致壳聚糖降解缓慢.当溶液的pH接近中性后,对壳聚糖的降解起主要作用的为.OH自由基,加入H2O2或者通入N2O都会增加.OH自由基的浓度,从而明显提高壳聚糖的降解速率.此外,研究发现低分子量的壳聚糖具有较快的降解速率.样品的UV、FTIR分析表明,辐照后除在壳聚糖分子链端生成羰基外,壳聚糖主链结构未见变化,脱乙酰度也没有显著改变,显示出辐射降解是一种有效的控制壳聚糖分子量方法.     

辐照交联聚甲基乙烯基硅氧烷的ESR谱研究

本文研究了GY-131医用级聚甲基乙烯基硅氧烷(PMVS)在辐照交联中的自由基产生和衰减的ESR潜,以及SiO₂填料对交联的影响。     

超高分子量聚乙烯烧结制品的链缠结调控及其对性能影响

利用新的单中心Ziegler-Natta(Z-N)催化剂,通过干预分子链的生长与聚集行为,可获得低缠结的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)初生树脂.本研究利用这类低缠结UHMWPE,通过设置不同的烧结温度(Ts)来改变熔体缠结状态,并探讨了链缠结程度对烧结制品结构与性能的影响.实验结果表明TS=220℃下,UHMWPE样品发生显著的复缠,造成高缠结度;而Ts=170℃下,初始低缠结状态能够得以充分保留,从而获得了缠结度具有明显差别的不同样品.示差扫描量热法(DSC)测试表明,在Ts=170℃下,低缠结度有利于在随后等温及冷却结晶过程中生成高熔点(最高达141℃)晶体与高的结晶度(最高达65%).力学测试表明低缠结度制品的综合力学性能显著提升,其中屈服强度提高72%,拉伸断裂强度提升139%,弹性模量提升162%以及断裂伸长率提升36%,实现了同时增强增韧.这就提供了一种从调节链缠结温度实现UHMWPE烧结制品高性能化的新思路.     

外加盐对聚甲基丙烯酸己磺酸钠溶液粘度行为的影响

在恒定外加盐浓度下,提出了PSSHMA-水体系,外加盐浓度C_s、分子量M_w与特性粘数[η]_s之间的关联式:[η]_s=[η]_∞+Ae^-BC_sn A是当外加盐浓度趋于零时,聚电解质链伸展效应对[η]的贡献,B、n是常数。     

PEB/MMA-AN悬浮接枝共聚反应机理

研究了乙烯-1-丁烯共聚物(PEB)弹性体与甲基丙烯酸甲酯(MMA)-丙烯腈(AN)悬浮接枝共聚反应行为及接枝共聚产物对SAN树脂增韧作用随反应时间的变化规律, 用凝胶渗透色谱法和傅里叶变换红外光谱法对接枝共聚产物进行了表征, 分析了接枝共聚反应机理, 推算了接枝链分子量. 结果表明, 体系首先发生链增长自由基向PEB转移终止形成非接枝共聚物(MAN_L)和PEB大分子自由基引发单体共聚形成接枝链(g-MAN)的反应, 接枝反应结束后体系发生明显的非接枝共聚形成非接枝共聚物(MAN_H)的反应; MAN_L的分子量低于g-MAN的分子量, 而g-MAN的分子量明显低于MAN_H的分子量; 在接枝共聚过程中发生已接枝和未接枝PEB断链并随机再接生成多嵌段共聚物的副反应; 在反应初期, 接枝链的AN单元含量接近于非接枝共聚物的AN单元含量, 在反应中后期前者远低于后者.     

γ-辐照交联聚乙烯的化学应力松弛

对不同防老D含量的γ-辐照交联聚乙烯的连续和间歇化学应力松弛研究表明,氧化断链系沿主链无规进行,过程主要可分为氧化诱导和氧化裂解两个阶段。活化能为30kcal/mol,与防老D含量、辐照剂量无关。间歇应力松弛试验发现,断裂链的交联分数β随松弛温度升高和防老D含量增加而增大。     

Diels-Alder反应可控制备交联等规聚丙烯

交联改性可以提升聚合物材料的机械性能、热稳定性及化学稳定性。 含有蒽基团的高质均分子量等规聚丙烯(iPP)可由配位共聚合反应制得,随后通过双官能的马来酰亚胺试剂与iPP中悬挂蒽基团间的Diels-Alder反应可以成功制备交联的iPP膜材料。 材料的交联度可以通过凝胶重量分析及膜红外分析得出,并由制备过程中交联剂的加入量有效地调控。 通过示差扫描量热仪(DSC)与广角X射线衍射仪(WAXD)表征发现,随交联度增加,交联改性限制了分子链的运动,iPP的结晶度逐渐降低、结晶能力逐渐下降。 对交联材料的动态热机械分析仪(DMA)测试表明,随交联度增加,iPP的损耗模量逐渐降低,材料韧性变差。 交联iPP的T_g逐渐升高,说明材料的耐热性得到提升。 由于交联形成了聚合物链间的交联网络,形成了更多受力点并且限制了聚合物链的自由移动,交联材料的拉伸强度随交联度的升高而增加,而断裂伸长率逐渐下降。     

聚异丁烯辐射裂解历程

1.研究聚异丁烯的辐射效应时,发现其裂解速度与温度关系与聚乙烯类似.这说明聚异丁烯在辐照时,除了直接因受射线作用而断链外,还可能同时进行一种由辐照时形成的自由基参加的二级反应. 2.在射线作用下形成的氢原子(由侧链CH_3-基的C-H键中断而产生),能与邻近的聚异丁烯分子的侧键CH_3-作用.由此形成的高分子自由基由于立体障碍不能起重合反应,但能起重排反应.其结果使双键产率与裂解产率的比值增加;使聚异丁烯的甲基侧链浓度下降而出现乙基支链. 3.??型高分子在溶胀状态下辐照,其裂解速度降低.这是因为当溶剂分子存在下抑制二分子重排裂解反应的缘故.共聚物??在含C~(14)甲苯中辐照后,引入高分子的放射活性随剂量增加而增加,但粘度不变.这也论证了上述假定是正确的. 4.研究了高分子量聚异丁烯级分与含C~(14)的低分子量聚异丁烯级分的混合物辐射效应.结果证明在辐照时,甲基从一聚异丁烯分子转移到另一分子上去.这结果说明聚异丁烯的辐射裂解过程,不仅是由于直接辐射效应的结果,而且还以二分子历程进行.     

丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物的键结构和光散射研究

用溶液聚合方法制备了一组单体含量相同、分子量不同的丙烯酰胺-丙烯酸钠(AM-AA)共聚物样品,用¹³CNMR和常规光散射方法进行了表征。该组样品的化学组成是均一的(AA摩尔含量16.9±1.1%),AA单体在大分子链中的序列分布为孤立、无规的,聚电解质在盐水体系中的光散射理论适用于共聚物在0.12mol/LNaCl水溶液体系。用恒化学位下的折光指数增量代替恒盐组成的折光指数增量,可从一次常规光散射实验分别求得共聚物样品的真实、第二维利系数A₂和均方旋转半径〈R²〉_z,其关系为:A₂=0.0619M_w^-0.21,〈R²〉_z^1/2=0.0210M_w^0.54.     

植入时间对超高分子量聚乙烯髋关节臼动态力学性能的影响

研究了γ辐照(2.5Mrad)消毒的超高分子量聚乙烯人造髋关节臼的动态力学性能随体内植入时间的关系。同时,比较了未经辐照的块状原料样品与未植入体内的髋关节臼样品二者之间的动态力学性能。结果表明,朱植入样品由于辐照形成交联网,其实数杨氏模量比原料样品高,γ峰向高温移动,而峰强下降。但随植入时间的增加,实数模量提高,并服从E_i≈E_0×exp(Dt~n)的关系式。并且,γ峰的内耗及虚数模量也都进一步增加。从体内的化学和力学作用,引起分子链的氧化断裂,密度或结晶度增加和网链分子破坏,在晶区与非晶区内部产生大量缺陷,解释了上述粘弹性变化的结果。     

聚苯乙烯-co-聚(2,3,4,5,6-五氟苯乙烯)共聚物: 合成及其多孔薄膜的制备

利用原子转移自由基聚合(ATRP)方法, 分别在三氟甲苯、含氟离子液体以及三氟甲苯/含氟离子液体混合溶剂体系中合成了聚苯乙烯-co-聚(2,3,4,5,6-五氟苯乙烯)(PS-co-PPFS)共聚物, 通过¹H NMR、¹⁹F NMR、元素分析以及凝胶渗透色谱法(GPC)对所得聚合物的分子链结构和组成进行了分析和表征. 随后, 利用静态呼吸图法分别在CS₂, CHCl₃ 和CH₂Cl₂ 中制备了有序多孔薄膜, 用扫描电子显微镜(SEM)观察其表面形貌, 并与利用分子量大小相当的聚苯乙烯均聚物(PS)制备的多孔薄膜进行了对比. 研究结果表明: 在三氟甲苯和含氟离子液体溶剂体系中, 均可利用ATRP 聚合方法获得窄分子量分布的PS-co-PPFS 共聚物(M_n＝5200～7900 g·mol^-1, i>M_w/M_n＝1.12～1.22). 对聚合物薄膜的扫描电子显微镜(SEM)观察和分析显示: 分别以CS₂, CHCl₃ 和CH₂Cl₂ 作为溶剂, 利用静态呼吸图法均可制备出PS-co-PPFS 共聚物多孔薄膜. 然而, 与在CHCl₃ 和CH₂Cl₂ 中制备的PS 均聚物多孔薄膜的表面形貌不同的是, PS-co-PPFS 共聚物多孔薄膜呈现出无序排列、平均孔径大小不同的两种孔结构; 在CHCl₃ 中制备所得薄膜的孔结构有序性相对较好, 两种孔的平均孔径分别为0.75 和0.37 μm.     

水分散体系中苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯梯度共聚物的合成与表征

以2-溴代异丁酸乙酯(EBiB)为引发剂,CuBr/CuBr₂/1,10-邻二氮菲(phen)为复合催化剂,十二烷基磺酸钠(SLS)为乳化剂,考察了水分散体系中苯乙烯(St)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)的原子转移自由基共聚合的可控性和相对反应活性.在此基础上,通过反应进料法在水分散体系中进行了St和MMA的梯度共聚合,反应表现出“活性”聚合的特征,即所得共聚物的数均分子量随着单体转化率的增加而增大,分子量分布较窄(M_w/M_n<1.50).用¹HNMR跟踪分析了聚合反应过程中共聚物微观组成的变化规律,结果表明,共聚物链中MMA链节的累积含量和瞬时含量都随着共聚物相对链长的增加而增加,即随着聚合物相对链长的增加共聚物的微观组成从St链节占主导地位逐渐变化为以MMA链节占主导地位,表明确实形成了St和MMA的梯度或渐变共聚物.     

辐射交联法估算分子量分布的多分散指数——分子量分布对聚乙烯辐照交联的影响

本文考察了聚乙烯的分子量分布多分散指数对辐照交联的影响.随着多分散指数的增大,聚乙烯的辐照交联相对于Charlesby-Pinner直线关系的偏离愈大.定义了一个参数v来定量表示这种偏离的程度,v与多分散指数M_w/M_n。之间可以简洁地用经验式v=1.25-0.18(M_w/M_n)~(0.62)表示.因而可以通过这个关系,用辐照交联的技术来估算分子量分布多分散指数.