超支化聚合物改性聚丁二酸丁二醇酯复合材料研究

摘要

超支化聚合物(HBP)具有高度支化的三维结构以及大量的端基，其粘度低，溶解性高，反应活性高，成膜性好，且合成工艺简单，并与其它聚合物有良好的相容性。聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为一种结晶性聚合物，其高结晶度使得材料脆性较大，降解速度变慢。本文使用HBP对PBS进行改性，以降低PBS结晶度，改善其性能;引入无机物作为第三组分，以进一步提高复合材料的综合性能，降低成本，扩大PBS的使用范围;扩展了超支化聚合物作为添加剂使用的应用与研究范围。
　　 (1)研究中使用异佛尔酮酸二异氰酸酯(IPDI)，二乙醇胺(DEA)合成超支化聚氨酯(HBPU)。使用红外光谱(IR)对HBPU的结构进行表征。探索了HBPU与PBS共混复合工艺，最终确定将二者先密炼共混，后开炼制膜，制得了不同HBPU含量的HBPU/PBS复合材料。使用差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)、X射线衍射仪(XRD)和万能试验机对其热性能、结晶性和力学性能进行了研究，并采用土埋法在陕西花园土（陕西科技大学花房）中对HBPU/PBS复合膜进行了降解实验。结果表明:随着HBPU含量的增加，HBPU/PBS复合材料的热分解温度呈线性下降;HBPU的添加提高了PBS的结晶温度，降低了HBPU/PBS复合材料的结晶度;HBPU/PBS复合材料的断裂伸长率提高显著，尤其是当HBPU含量为6％时，复合材料的断裂伸长率提高了近3倍，大大提高了材料的韧性;HBPU/PBS复合膜降解三个月后较纯PBS薄膜出现了明显裂痕，加快了复合膜的降解。
　　 (2)为改善HBPU/PBS复合材料的热性能，合成了不同碳链长度、碳链结构的二羟基封端的HBPU组分，再将其与PBS共混复合。使用TG和万能试验机对复合材料的热性能和力学性能进行研究。结果表明:随着封端二醇碳链长度的增加，HBPU/PBS复合材料的耐热温度有所提高;复合材料的拉伸强度随着封端二醇碳链长度的增加而增大，但断裂伸长率随着超支化聚氨酯端基分子碳链长度的增加先增大后减小。
　　 (3)加入滑石粉(Talc)作为第三组分，制得HBPU/Talc/PB S三元复合材料。讨论了Talc的加入方式、加入量对复合材料性能的影响。使用TG和万能试验机对复合材料的热性能和力学性能进行研究，并使用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料拉伸断面的形貌。研究结果表明:将Talc与HBPU进行预共混后与PBS进行共混制得的复合材料的性能优于将三者共混制备的复合材料;随着Talc含量的增加，复合材料的耐热温度提高;复合材料的拉伸强度增强，并且仍能保持其原有的断裂伸长率;将Talc与HBPU进行预共混后再与PBS进行共混的复合材料中，Talc粒子在PBS基体中的分布更均匀，比三元物质同时共混复合材料中Talc粒子与基体的相容性更好。
　　 (4)使用三羟甲基丙烷(TMP)和二羟甲基丙酸(DMPA)合成了Ⅰ～Ⅳ代超支化聚酯(HBPE)。使用核磁共振仪(NMR)、IR表征了不同代数HBPE的结构。将不同代数的HBPE同PBS进行共混制得HBPE/PBS复合材料。使用TG、万能试验机测试了复合材料的热性能和力学性能。对不同代数的HBPE/PBS复合材料在pH为9、11、13的溶液中进行碱降解。结果表明:随着HBPE代数的增加，HBPE/PBS复合材料的热性能提高，力学性能同样提高。

目录

摘要

1 前言

1．1 研究背景

1．2 超支化聚合物的合成与改性

1．2．1 一步缩聚法

1．2．2 活性聚合

1．2．3 自缩合开环聚合

1．2．4 离子聚合

1．2．5 高选择性化学反应

1．3 超支化聚合物改性

1．3．1 单官能化改性

1．3．2 双官能化改性

1．3．3 单端基的双官能化改性

1．3．4 超支化聚合物端基的改性

1．3．5 超支化聚合物中心核的改性

1．4 超支化聚合物的应用

1．4．1 涂料

1．4．2 聚合物共混

1．4．3 环氧树脂基复合材料增韧

1．4．4 聚合物膜

1．4．5 医用材料

1．4．6 固体离子表面改性

1．4．7 其他应用

1．5 本课题的意义及主要内容

2．HBPU的合成与HBPU/PBS复合材料的性能

2．1 实验部分

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验设备

2．1．3 HBPU的合成

2．1．4 复合材料制备工艺的选择

2．1．5 HBPU／PBS复合材料的制备

2．2 测试与表征

2．2．1 HBPU、PBS及HBPU/PBS的IR分析

2．2．2 HBPU/PBS的热性能测试

2．2．3 HBPU/PBS的XRD测试

2．2．4 HBPU/PBS的力学性能测试

2．2．5 HBPU/PBS的降解性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 结构表征

2．3．2 热性能

2．3．3 结晶性能

2．3．4 表观性能

2．3．5 力学性能

2．3．6 降解性能

2．4 小结

3．HBPU的改性与HBPU/PBS复合材料的性能

3．1 实验部分

3．1．1 实验原料

3．1．2 实验设备

3．1．3 HBPU的改性

3．1．4 HBPU/PBS复合材料的制备

3．2 测试与表征

3．2．1 改性HBPU/PBS的热性能测试

3．2．2 改性HBPU/PBS的力学性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 热性能

3．3．2 力学性能

3．4 小结

4．HBPU/Talc/PBS三元复合材料的性能

4．1 实验部分

4．1．1 实验原料

4．1．2 实验设备

4．1．3 三元复合材料的制备

4．2 测试与表征

4．2．1 HBPU/Talc/PBS的热性能测试

4．2．2 HBPU/Talc/PBS的拉伸形貌观测

4．2．3 HBPU/Talc/PBS、HBPU/OMMT/PBS的力学性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 热性能

4．3．2 表观形态

4．3．3 力学性能

4．4 小结

5．HBPE的合成与HBPE/PBS复合材料的性能

5．1 实验部分

5．1．1 实验原料

5．1．2 实验设备

5．1．3 HBPE的合成

5．1．4 HBPE/PBS复合材料的制备

5．2 测试与表征

5．2．1 HBPE的NMR测试

5．2．2 HBPE的IR分析

5．2．3 HBPE/PBS的热性能测试

5．2．4 HBPE/PBS的力学性能测试

5．2．5 HBPE/PBS的降解性能测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 结构表征

5．3．2 热性能

5．3．3 力学性能

5．3．4 降解性能

5．4 小结

6．结论

6．1 结论

6．2 创新点

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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