氢键型网络状自愈合超分子弹性体的合成

摘要

生物体都具有伤口自愈合的能力，因此人们想到如果材料也具有了这种自愈合的能力，那么材料的使用寿命就会得到提高。在众多的自愈合研究中，氢键型自愈合超分子聚合物受到了广泛的关注，它是单体基元利用多重氢键的协同作用得到的大分子，并且由于氢键具有可逆性，这使得大分子又具有自愈合性。
　　本文通过加热熔融法得到端羟基脂肪族超支化聚酯，进一步用丁二酸酐对其改性，得到羧基封端的超支化聚酯，再利用叠氮磷酸二苯酯与羧基的反应，在结构中引入叠氮基团，通过加热脱氮气，将叠氮基团转为异氰酸酯基，最后再与二乙烯三胺反应，得到结构中含有氢键作用较强的脲基和胺基的单体基元，通过氢键间的相互作用形成网络状自愈合超分子聚合物。具体的工作如下:
　　1.以1，1，1-三羟甲基乙烷为核，2，2-二羟甲基丙酸为增长单元，对甲苯磺酸为催化剂，采用高温熔融法，分别用一锅法和分批加料法，制备出羟基封端的超支化聚酯(HBP-OH)。通过FTIR、1H-NMR等方法对产物进行了表征，可知成功地制备了羟基封端的脂肪族超支化聚酯，并且分批加料法得到的超支化聚酯支化度更大。
　　2.为了得到羧基封端的超支化聚酯(HBP-COOH)，以丁二酸酐为改性剂，分别采用高温熔融法、常温溶剂法以及加热回流法进行改性，结果发现第一种方法易产生交联，目标产物的产率很低，第二种方法反应时间长，试剂用量大易产生浪费，而最后一种方法不易交联且反应时间短，试剂利用率高，通过FTIR、1H-NMR等表征方法，可知加热回流法成功制备了羧基封端的超支化聚酯。
　　3.为了制备出可自愈合的氢键型超分子弹性体，需要在结构中引入氢键作用较强的脲基以及胺基，分别采用a.高温熔融加热改性法，HBP-COOH先与二乙烯三胺反应，再与脲反应;b.加热回流溶剂法，HBP-COOH先与叠氮磷酸二苯酯反应，再与二乙烯三胺反应。结果发现前一种方法易破坏超支化结构，得到复杂的混合物，而后一种方法则能够部分保持超支化结构并且能达到引入脲基和胺基的目的，得到可自愈合的超分子弹性体(H-SE)。通过FTIR、1H-NMR等表征方法可知成功制备了氢键型超分子弹性体，并且实验中发现不同的二乙烯三胺的二甲基亚砜溶液浓度得到的超分子弹性体在力学、动态力学以及自愈合性能方面有所不同。低浓度条件下得到的超分子弹性体，其链段柔顺性较好，并且能够自愈合，自愈合效率达到67％，而高浓度的条件下得到的超分子弹性体较硬，有较大的力学性能。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 自愈合材料概述

1．2 非可逆体系自愈合材料

1．2．1 微胶囊包裹型自愈合

1．2．2 空洞玻璃纤维包覆型自愈合

1．2．3 微脉管包覆型自愈合

1．2．4 其他类型

1．3 可逆体系自愈合材料

1．3．1 共价型

1．3．2 非共价键的可逆体系

1．4 氢键型自愈合材料

1．4．1 大分子改性的氢键型自愈合超分子聚合物

1．4．2 小分子构筑氢键型自愈合超分子聚合物

1．5 超支化聚酯及其改性

1．6 研究目的、意义与内容

1．6．1 论文研究目的及意义

1．6．2 论文研究的内容与创新点

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验仪器

2．3 实验条件

2．3．1 操作条件

2．3．2 溶剂除水

2．4 测试与表征

2．4．1 红外光谱测试

2．4．2 核磁共振测试

2．4．3 羟值的测定

2．4．4 羧值的测定

2．4．5 力学性能测试

2．4．6 动态力学热性能分析(DMTA)

2．4．7 分子量与分子量分布

2．4．8 溶胀度的测试

2．4．9 X射线衍射(XRD)测试

2．4．10 TG分析

2．4．11 自愈合实验

第三章 端羟基超支化聚酯的制备与表征

3．1 一锅加料法制备端羟基超支化聚酯与表征

3．1．1 合成路线

3．1．2 合成步骤

3．1．3 结果与讨论

3．2 分批加料法制备端羟基超支化聚酯的合成与表征

3．2．1 合成路线

3．2．2 合成步骤

3．2．3 结果与讨论

3．3 本章小结

第四章 端羧基超支化聚酯的合成与表征

4．1 高温熔融改性

4．1．1 合成路线

4．1．2 合成步骤

4．1．3 结果与讨论

4．2 常温法改性

4．2．1 合成路线

4．2．2 合成步骤

4．2．3 结果与讨论

4．3 加热回流法改性

4．3．1 合成路线

4．3．2 合成步骤

4．3．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 氢键型网络状超分子弹性体的合成与表征

5．1 高温熔融两步法

5．1．1 合成路线

5．1．2 合成步骤

5．1．3 结果与讨论

5．2 溶剂法制备氢键型网络状超分子弹性体与表征

5．2．1 合成路线

5．2．2 合成步骤

5．2．3 结果与讨论

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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