基于Diels-Alder可逆共价键自修复聚合物的制备与性能研究

摘要

自然界中大部分生物在局部受到损伤后能够自主修复并愈合，但是人工合成的高分子材料不具备这种“自修复（self-healing）”的性能。在长期的使用过程中，高分子材料内部会产生微裂缝，使材料的性能和使用寿命降低甚至完全丧失。模拟生物体自愈合过程，研究者将自修复的概念引入到高分子材料中，得到了寿命更长、性能更可靠、更经济的新型智能功能材料。在微电子、仿生医学、涂料等相关领域中都得到了广泛的应用。
　　当前制备自修复高分子材料的方法有很多，将可逆共价键引入到高分子材料中是一种较为有效的制备方法。Diels-Alder（简称DA）反应因为具备：反应条件温和性、温度可逆性、水溶液促进性和不需要催化剂等优点，被广泛应用于制备自修复高分子材料。
　　本论文首先通过对基于HDI三聚体的聚氨酯分子链结构进行设计，制备了端呋喃基聚氨酯 HTX，然后以呋喃基团-马来酰亚胺基团为 DA反应基团，制备了交联型聚氨酯 HTX-PU。采用 Fourier Transform Infrared Spectroscopy(FTIR)、Differential Scanning Calorimetry(DSC)、Thermogravimetric Analysis(TGA)、Polarizing Microscope(POM)和拉伸测试方法对该HTX-PU进行了表征。FTIR结果表明：在1776 cm-1处出现代表DA可逆共价键的峰；DSC结果表明：HTX-PU的玻璃化转变温度（Tg）为45.94℃，retro-DA反应的初始温度为88.93℃；TGA测试表明：HTX-PU体系在50~150℃内具有热稳定性；在 POM下观察发现：HTX-PU试样在110℃下保温6 h后，裂纹可以被填补完全，拉伸测试得到HTX-PU的自修复效率为92.63％。
　　接下来通过对基于IPDI的聚氨酯分子链结构进行设计，制备了端呋喃基聚氨酯 FG-IP-PT，然后以呋喃基团-马来酰亚胺基团为 DA反应基团，制备了交联型聚氨酯FG-IP-PT-B。采用FTIR、DSC、TGA、POM和拉伸测试方法对该FG-IP-PT-B进行了表征。FTIR结果表明：在1776 cm-1处出现代表DA可逆共价键的峰；DSC结果表明：FG-IP-PT-B的Tg为-69.40℃，retro-DA反应的初始温度为83.61℃；TGA测试表明：FG-IP-PT-B体系在50~150℃内为热稳定的；在POM下观察发现：FG-IP-PT-B试样在80℃下保温3 h后，裂纹可以被填补完全，拉伸测试得到FG-IP-PT-B的自修复效率为87.96%。
　　最后通过对基于聚醚胺D2000和聚醚胺T5000的聚合物分子链结构进行设计，制备了端呋喃基聚合物FGE-D2000和FGE-T5000，然后以呋喃基团-马来酰亚胺基团为DA反应基团，制备了交联型聚合物FGE-D2000-BDM和FGE-T5000-BDM。采用 FTIR、DSC、TGA、POM和拉伸测试方法对该 FGE-D2000-BDM和FGE-T5000-BDM体系进行了表征。FTIR结果表明：在1776 cm-1处出现代表DA可逆共价键的峰；DSC结果表明：FGE-D2000-BDM的Tg为-54.50℃，retro-DA反应的初始温度为69.59℃，FGE-T5000-BDM的Tg为-67.52℃，retro-DA反应的初始温度为88.03℃；TGA测试表明：FGE-D2000-BDM和FGE-T5000-BDM体系在50~150℃内是热稳定的；在 POM下观察发现：FGE-D2000-BDM和FGE-T5000-BDM试样在80℃下保温3 h后，裂纹可以被填补完全，拉伸测试得到FGE-D2000-BDM的自修复效率为71.04%，FGE-T5000-BDM的自修复效率为88.46%。

目录

第一章 文献综述

1.1引言

1.2自修复高分子材料的研究背景

1.3自修复高分子材料的分类

1.4基于Diels-Ader可逆共价键的自修复高分子材料

1.5 该论文的主要目的及意义

第二章 基于HDI三聚体的自修复聚氨酯的制备与性能研究

2.1引言

2.2实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 基于IPDI的自修复聚氨酯的制备与性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 基于聚醚胺D2000的自修复聚合物的制备及性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 基于聚醚胺T5000的自修复聚合物的制备及性能研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4本章小结

结论

参考文献

致谢

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