Diels-Alder反应交联型热塑性聚氨酯的制备及热可逆性能的初步研究

摘要

(TPU)具有一般聚氨酯的优点:强度高、断裂延伸率大、耐磨性好、合成简单、性能宽范围内可调等特性;同时它的线性分子链结构使它具有热塑性材料的一般特点:能够再加工、能够溶于溶剂、成型工艺多样化等。而与此同时,热固性聚氨酯只能采用浇注和混炼的工艺进行制备成型。因此TPU被广泛应用于弹性体、胶黏剂、皮革等领域。然而TPU因为聚氨酯材料本身容易受热分解,所以在合成与加工过程中容易因为主链断裂、分子量急剧下降,导致产品性能降低。但是对于热固性聚氨酯而言,其内部存在交联网络结构,因此少数分子链的断裂对材料整体性能影响较小;同时,交联网络的存在还使得热固性聚氨酯具有尺寸稳定性好等优势。因此,如何让TPU在不消去其热塑性能的条件下使它具有热固性聚氨酯那样的交联网络结构,这个问题一直都是TPU改性方面的研究热点。
　　本论文通过分子结构设计,制备了由热可逆交联键形成交联网络的聚氨酯高分子,实现了在不失去TPU热塑性性能的情况下引入交联网络结构的目的。本文主要工作如下:
　　1、设计并制备了侧基带有富电子共轭二烯结构的二醇化合物,利用羟基与异氰酸酯的亲核加成反应,将富电子二烯结构引入到聚氨酯体系中,使得聚氨酯的侧基上含有Diels—Alder反应活性基团,从而使得聚氨酯体系具备进行Diels—Alder反应的能力。本文选取环氧丙烷和糠胺作为反应原料,乙醇作为溶剂。通过研究该反应体系的不同反应条件对体系的沸点、转化率、副反应发生情况等因素进行了研究,并最终成功制备了侧基呋喃型二醇(FDO)扩链剂。研究结果表明,该合成体系中最佳投料比为n(糠胺)∶n(环氧丙烷)∶n(乙醇)=3∶6∶4,最佳反应温度为40℃,最佳反应反应时间为30h。
　　2、利用FDO的二醇结构,通过聚氨酯的扩链反应合成线性聚氨酯。产物的结构表征表明了FDO能够参与聚氨酯的扩链反应,并可将侧基上的呋喃环结构引入到聚氨酯的侧基上。并选取含有两个马来酰亚胺结构的化合物二苯甲烷双马来酰亚胺(BMI)作为交联剂,利用呋喃环和马来酰亚胺的Diels—Alder热可逆反应,将线性聚氨酯交联成网络结构,得到一种全部由热可逆键交联的体型聚氨酯高分子(DA-PU)。
　　3、对DA-PU的深入研究表明它具有热可逆的特性。并且对DA-PU的交联密度、溶解性、加工性能等方面的研究结果表明,DA-PU材料是一种同时具有热塑性特性与交联网络结构的聚氨酯材料。重复加工实验结果显示出DA-PU的拉伸强度在加工之后可达到加工前的90％左右,并具有良好的重复加工稳定性。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 TPU简介

1．1．1 TPU的合成原料

1．1．2 TPU的制备反应

1．1．3 TPU的制各工艺

1．2 TPU的结构与性能

1．2．1 氢键

1．2．2 结晶

1．2．3 微相分离

1．2．4 硬段

1．2．5 软段

1．2．6 交联

1．3 TPU在应用中的缺陷

1．4 Diels—Aider反应

1．4．1 Diels—Alder反应简介

1．4．2 Diels—Alder反应的特性

1．4．3 Diels—Alder反应的相关研究

1．4．4 Diels—Alder反应在聚氨酯体系中的研究

1．5 本文的研究目的与研究内容

第二章 含有呋喃环侧基的二醇扩链剂的制备

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2．3 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 侧基呋喃环型扩链剂(FDO)的制备

2．3．2 侧基呋喃环型扩链剂(FDO)的表征

2．3．3 分子模型法研究FDO体系的热可逆连接键断裂行为

2．4 本章小结

第三章 热可逆交联型聚氨酯的制备及性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 聚氨酯预聚物的制备

3．3．2 侧基呋喃环型线性聚氨酯(FPU)的制备

3．3．3 热可逆交联型聚氨酯(DA-Pu)的制备与表征

3．3．4 DA-PU的热可逆性能的研究

3．3．5 DA-PU的热塑性性能研究

3．3．6 交联剂用量对DA-PU性能的影响

3．4 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介