环糊精包合物的制备及其对聚甲醛的改性研究

摘要

聚甲醛(POM)具有十分优异的力学性能，在众多领域具有广泛应用。近几年，随着社会进步科技发展，国内外POM使用量呈逐年递增的趋势，而中国的POM产品仍集中在技术含量较低的市场，存在POM改性技术落后及改性品种少等问题，因此大力开展POM改性研究，着力实现高性能化、功能化POM材料是今后发展的重点。针对POM室温下脆性大、热稳定性差的主要缺点，本文设计合成了一系列不同客体分子、不同化学计量比的包合物(ICs)，创新性地将其作为添加剂与POM复合，通过简单的熔融共混制备了一系列综合性能优异的POM共混物。与传统的POM改性剂相比，ICs由于其独特的超分子自组装结构，有望成为新型多功能的改性剂，在增韧的同时提高其强度及模量，同时大幅改善POM的热稳定性。
　　本文围绕ICs的合成、ICs的结构性能表征及其对POM的改性研究三个方面开展实验，主要研究内容及结论如下：
　　(1)ICs的合成:本文通过简单的溶液法，根据主客体尺寸匹配的原则，分别成功制备了聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇(PEG-PPG-PEG或EPE)的β环糊精(β-CD)包合物(IC-EPEs)，聚甲醛的α环糊精(α-CD)包合物(IC-POMs)及热塑性聚氨酯弹性体(TPU)的β-CD包合物(IC-TPUs)，并通过改变主客体投料比对ICs的结构进行了调整;
　　(2)ICs的表征:通过X射线衍射仪(XRD)、傅立叶转换红外线光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、动态热机械分析仪(DMA)等对ICs的结构性能进行了详细表征。结果表明:IC-EPEs、IC-POMs和IC-TPUs的晶体均采取典型的管式结构。与纯客体材料相比，包合物的性能均有显著改变:IC-EPEs出现主客体的分步降解，但与包合前物质相比，热降解温度均有所提高;IC-POMs的结晶速度比纯POM快，这可能是由于包合作用导致的POM分子链产生预有序结构，从而促进结晶进行;IC-TPUs的强度比纯TPU有显著提高，DMA和FTIR结果表明，这是由于IC-TPUs自组装部分形成了新的交联点，进而起到增强作用;
　　(3)ICs对POM的改性研究:分别将上述制备的IC-EPEs、IC-POMs、IC-TPUs和POM进行熔融共混，制备POM的复合材料，并对其结构和性能进行了表征，结果表明:IC-EPEs显著增强了POM基体，同时对POM的热稳定性也有极大的改善;IC-POMs的加入对POM力学性能影响不大，也没有起到预期的成核作用，但是使得氮气气氛下POM的初始降解温度提高了36℃;POM/IC-TPU(1-1)共混物表现出突出的综合性能，不但具有优异的刚韧平衡性能，同时热稳定性比纯POM有显著提高，氮气气氛下的初始降解温度提高了40℃。进一步研究表明，这种优异的刚韧平衡性能归因于包合物“软壳-硬核”的特殊结构:“软壳”实现对POM的增韧，“硬核”弥补了弹性体增韧造成的强度和模量的损失，同时起到增强作用。此外，通过包合作用实现TPU中氨基和β-CD中羟基的协同，因而大幅度改善了POM的热稳定性。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 聚甲醛概述

1．2 聚甲醛结构与性能的关系

1．3 聚甲醛的改性研究

1．3．1 聚甲醛的稳定化研究

1．3．2 聚甲醛的增韧改性

1．3．3 聚甲醛的增强改性

1．3．4 聚甲醛的耐磨改性

1．4 包合物的研究进展

1．5 本文的研究思路与主要研究内容

1．5．1 本文的研究思路

1．5．2 本文的主要研究内容

第2章 以环糊精为主体分子的包合物的制备与表征

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 主要原料和试剂

2．2．2 主要仪器设备

2．2．3 包合物的制备

2．2．4 包合物的测试和表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 IC-EPEs结构与性能表征

2．3．2 IC-POMs结构与性能表征

2．3．3 IC-TPUs结构与性能表征

2．4 本章小结

第3章 IC-EPEs对聚甲醛的改性研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 主要原料和试剂

3．2．2 主要仪器设备

3．2．3 POM／IC-EPEs共混物的制备

3．2．4 测试和表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 力学性能

3．3．2 热分析

3．4 本章小结

第4章 IC-POMs对聚甲醛的改性研究

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 主要原料和试剂

4．2．2 主要仪器设备

4．2．3 POM／IC-POM(3-1)共混物的制备

4．2．4 表征和测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 力学性能

4．3．2 热分析

4．4 本章小结

第5章 IC-TPUs对聚甲醛的改性研究

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 主要原料和试剂

5．2．2 主要仪器设备

5．2．3 POM／IC-TPUs共混物的制备

5．2．4 表征和测试

5．3 结果与讨论

5．3．1 IC-TPU(10-1)改性POM

5．3．2 IC-TPU(10-1)与TPU协同改性POM

5．3．3 IC-TPU(1-1)对POM的改性

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期问主要科研成果