非异氰酸酯聚（酯酰胺-氨酯）和聚脲的合成及其性能研究

摘要

本论文中的热塑性聚（酯酰胺-氨酯）和聚脲，都是以碳酸乙烯酯来代替二异氰酸酯为羰基来源，熔融缩聚合成的非异氰酸酯型的聚氨酯和聚脲。这样就避免了在传统聚氨酯及聚脲合成中使用光气及其衍生物等剧毒物质作为原料，符合人的健康要求和环保意识。本论文对两种聚合物的研究内容和取得的具体成就如下;
　　1、含聚氨基酸段的嵌段型聚（酯酰胺-氨酯）(s-PEAUs)的合成，是采用一种新的简单方法，把大量氨基酸链段引入到非异氰酸酯聚氨酯中，以提高聚氨酯的生物可降解性和生物相容性。这种方法是:先由L-丙氨酸和己二酸合成一定分子量的端羧基氨基酸链段(DCPA);其次是DCPA和丁二醇合成端羟基含氨基酸链段的聚酯酰胺(HO-PrePEAr-OH);最后是HO-PrePEA-OH和聚氨酯预聚物(PHDHCs)按照不同的摩尔比进行氨酯交换得到一系列的s-PEAUs。对制备的一系列s-PEAUs进行了凝胶渗透色谱(GPC)分子量测试、核磁和红外结构表征、DSC测试、热失重(TGA)测试以及力学性能测试。结果表明:其数均分子量高达18682、重均分子量高达42900、分子量分布小于3.07;结构表征证明了聚合物中聚氨基酸链段的大量存在;DSC测试表明其没有熔点，其Tg在16.03到23.06℃之间;TGA数据表明其初始分解温度(Ti)高于259.0℃;力学性能表明聚合物s-PEAU-5的拉伸强度高达21.95 MPa，断裂伸长率为74.25％。
　　2、前人合成的非异氰酸酯聚脲是通过先合成纯净的二氨酯二醇单体，再由二氨酯二醇和二元胺反应合成[n，m]-polyureas型的聚脲，即两步法。本论文非异氰酸酯聚脲的合成不用预先合成二氨酯二醇单体，即一锅法合成[n]-polyureas型的聚脲。相对于前者本实验所用的方法可以避免二氨酯二醇单体合成和提纯的繁杂过程。在本实验合成了NI-TPUA-Ds(以D230为主要原料)和NI-TPUA-Bs（以B220为主要原料）。两种系列的非异氰酸酯热塑性聚脲，并对它们都进行了GPC分子量测定、核磁和红外、WAXS、DSC、热失重(TGA)、原子力(AFM)以及力学性能等一系列的测试。对NI-TPUA-Ds的测试结果表明:其数均分子量高达11244、重均分子量高达19754、分子量分布小于1.75;核磁和红外证明了聚合物的聚脲结构;WAXS测试显示所有的NI-TPUA-Ds均没有结晶性;DSC测试表明，其都不存在熔点，Tg的变化在15.04到41.94℃之间;TGA显示其初始的分解温度在289.9到311.2℃之间;力学性能测试表明其最大拉强度高达32.34 MPa，最大断裂伸长率高达1330.12％。对NI-TPUA-Bs的测试结果表明:其数均分子量高达16728、重均分子量高达65311、分子量分布小于3.90;核磁和红外表明了聚合物的聚脲结构;WAXS测试显示所有的NI-TPUA-Bs均有结晶性;DSC测试表明，其存在两个熔点，Tm在76.92到103.58℃之间，Tg在-27，87到-17.05℃之间;TGA显示其初始的分解温度在312.6到323.6℃之间;力学性能测试表明其最大拉强度高19.75MPa，最大断裂伸长率高达332.97％。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1．1 聚氨基酸合成方法的概述

1．1．1 熔融缩聚合成聚氨基酸

1．1．2 溶液耦合合成聚氨基酸

1．1．3 NCAs法合成聚氨基酸

1．2 生物可降解材料聚酯酰胺的概述

1．2．1 熔融缩聚法合成生物基可降解聚酯酰胺

1．2．2 溶液活性缩合法合成生物基可降解聚酯酰胺

1．2．3 界面聚合法合成生物基可降解聚酯酰胺

1．2．4 生物基可降解聚酯酰胺的应用

1．3 非异氰酸酯聚氨酯及聚脲的概述

1．3．1 缩合聚合法合成的非异氰酸酯聚氮酯

1．3．2 开环反应制备非异氰酸酯聚氨酯

1．3．3 逐步加成法合成非异氰酸酯聚氨酯

1．3．4 本实验室的成果

1．4 本课的提出

第二章 氨基酸基非异氰酸酯聚(酯酰胺-氨酯)的合成及表征

2．1 实验方案

2．2 实验药品及设备

2．2．1 试验药品试剂

2．2．2 实验仪器设备

2．3 实验方法

2．3．1 HDHC单体的合成

2．3．2 PHDHCs的合成

2．3．3 DCPA的合成

2．3．4 HO-PrePEA-OH的合J戎

2．3．5 s-PEAUs的合成

2．4 分析测试方法

2．4．1 熔点的测定

2．4．2 酸值及羟值的测定

2．4．3 凝胶渗透色谱测定

2．4．4 傅里叶红外变换光谱的表征(FT-IR)

2．4．5 核磁氢谱的表征(1H-NMR)

2．4．6 差示扫描量热分析表征(DSC)

2．4．7 热重分析

2．4．8 拉伸测试

2．5 结果与讨论

2．5．1 HDHC单体的合成

2．5．2 PHDHCs的合成

2．5．3 DCPA的合成

2．5．4 HO-PrePEA-OH的合成

2．5．5 s-PEAUs的合成

2．5．6 s-PEAUs红外测试分析

2．5．7 s-PEAUs核磁的分析测试

2．5．8 s-PEAUs的DSC分析测试

2．5．9 s-PEAU的TGA分析

2．5．10 s-PEAUs的拉伸分析

2．6 总结

第三章 一锅法合成非异氰酸酯聚脲及其性能的研究

3．1 实验方案

3．2 实验药品及设备

3．2．1 试验药品试剂

3．2．2 实验仪器设备

3．3 实验方法

3．3．1 一锅法合成D230基非异氰酸酯热塑性聚脲NI-TPUA-Ds

3．3．2 一锅法合成B220基非异氰酸酯热塑性聚脲NI-TPUA-Bs

3．4 分析测试方法

3．4．1 凝胶渗透色谱表征(GPC)

3．4．2 特性粘度的测定

3．4．3 傅里叶变换红外光谱表征(FT-IR)

3．4．4 核磁共振氢谱表征(1H-NMR)

3．4．5 差示扫描量热分析(DSC)

3．4．6 广角-X射线衍射分析(WAXS)

3．4．7 热失重分析(TGA)

3．4．8 原子力测试

3．4．9 力学性能测试

3．5 结果与讨论

3．5．1 一锅法合成基非异氰酸酯聚脲NI-TPUAs

3．5．2 红外的分析测试

3．5．3 核磁的分析测试

3．5．4 广角-X射线衍射测试分析(WAXS)

3．5．5 DSC的分析测试

3．5．6 TGA分析

3．5．7 原子力的分析测试

3．5．8 力学性能的分析测试

3．6 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表论文

作者及导师介绍